CN101634022A - 车载scr封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其是对市售的铁素体不锈钢材料在钝化处理液中进行表面处理，其化学处理液为：磷酸4～10份、硝酸0～0.1份、乙酸0.5～1份、含量为50％wt的磷酸二氢铝4～6份、硝酸铬0.05～0.1份、硝酸锌0～0.01份、其余重量为蒸馏水；能显著提高其耐车载SCR系统所用的尿素还原剂溶液的高温化学腐蚀性能，也具有更好的耐排气腐蚀气氛的高温化学腐蚀的特性，应用于车载SCR系统后，降低系统的材料成本，延长系统的使用寿命。经济效益和社会效益巨大。

Description

车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺
技术领域：
本发明涉及到一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，该技术应用到汽车尾气的后处理行业。
背景技术：
未来几年内，全球的汽车生产商，特别是美国和欧洲关于汽车氮氧化物NOx和微粒PM的排放达标方面将强制性地实施一些更严厉的规格，例如，欧5和欧6排放标准。
在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR(Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术，DPF(Diesel Particulate Filter)颗粒捕捉器，DOC(Diesel OxidationCatalyst)氧化型催化器等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOx在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。
SCR技术具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550℃的范围内具有50～85％的NOx去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3～6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果2008年在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂的社会供应、尿素还原剂的剂量控制、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂、氨气泄露量、SCR系统封装所用不锈钢材料选择和性价比优化等至关重要的技术难点。
上述难点中，系统封装所用不锈钢材料的零件，从发动机的排气制动阀开始到消音器尾管之间的零件，包括：法兰(4～6个)、排气直管(2段)、尿素还原剂喷嘴组件(1套)、尿素还原剂混合分散单元(1套)、排气弯管(2段)、排气挠性管(1段)、尿素还原剂输送钢管(1套)、排气管路和SCR箱体的连接件(1套)、SCR催化剂的箱体(3部分)、SCR催化剂的箱体中间支撑隔板(2部分)、SCR催化剂的壳体(4部分)、SCR催化剂的载体(4部分)、排气消音器尾管(1部分)、螺栓和螺母若干，等部件。推算系统封装所用不锈钢材料的价格在每辆车中成本为3000～6000元。系统封装所用不锈钢材料不仅对车辆成本影响显著，而且面临着尿素还原剂溶液在高温下不完全分解所产生的化学腐蚀以及发动机排气气氛冷凝物的高温化学腐蚀问题。腐蚀可以使SCR系统失效，最终导致车辆故障和索赔的发生。
对国内市场的几种常用不锈钢材料，例如，奥氏体的SUS309和SUS304，铁素体的441，分别进行尿素还原剂溶液的常规化学腐蚀、尿素还原剂溶液高温高压水热化学腐蚀试验以及模仿排气管中冷凝介质的腐蚀试验后发现，即使对最高档和昂贵的奥氏体的SUS309不锈钢也不能完全满足车载SCR系统封装后的耐化学腐蚀要求。
如何解决车载SCR系统封装材料耐化学腐蚀的问题成为制约SCR技术在我国推广应用的一个障碍。在反复实践和研究中发现，一种车载SCR系统封装的铁素体不锈钢材料的表面耐腐蚀钝化处理工艺，是解决这一问题的有效途径。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其是采用一种化学溶液，在特定的工艺条件下，使铁素体不锈钢材料的表面上的铁的元素被Al和Cr置换掉，生成耐多种工况下的化学腐蚀。
本发明的技术方案是这样实现的：一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其特征在于：将铁素体不锈钢材料置于如下的化学处理液中进行耐腐蚀的表面化学钝化处理，其化学处理液为：磷酸4～10份、硝酸0～0.1份、乙酸0.5～1份、含量为50％wt的磷酸二氢铝4～6份、硝酸铬0.05～0.1份、硝酸锌0～0.01份、其余重量为蒸馏水；具体的处理过程为：
a)称蒸馏水于耐腐蚀的容器中，加热到50～70℃，放入磷酸4～10份、硝酸0～0.1份、乙酸0.5～1份，搅拌均匀；
b)把含量为50％wt的磷酸二氢铝4～6份加入到a)中，搅拌至完全溶解；
c)把硝酸铬0.05～0.1份和硝酸锌0～0.01份加入到b)中，搅拌至完全溶解；加热使液体的温度达到90～95℃；
d)把待处理的铁素体不锈钢材料首先进行脱脂处理，然后放入配制好的温度为90～95℃的钝化处理液c)中，保持10～15min；
e)从钝化液c)中取出完成钝化的铁素体不锈钢材料，蒸馏水洗，晾干。
所述的钝化处理工艺仅适用于对铁素体不锈钢材料的表面耐化学腐蚀的钝化处理。
所述的表面耐化学腐蚀的钝化处理的铁素体不锈钢材料是指车载SCR系统封装的铁素体不锈钢材料，应用于包括从发动机的排气制动阀开始到消音器尾管之间的零件，即法兰、排气直管、尿素还原剂喷嘴组件、尿素还原剂混合分散单元、排气弯管、排气挠性管、尿素还原剂输送钢管、排气管路和SCR箱体的连接件、SCR催化剂的箱体、SCR催化剂的箱体中间支撑隔板、SCR催化剂的壳体、SCR催化剂的载体、排气消音器尾管、螺栓和螺母部件。
本发明的积极效果在于：可以选用国产的价格低廉，但综合性能很好铁素体不锈钢，实施耐化学腐蚀的钝化处理工艺，可以应用于2008年以后的车载的SCR系统，提高寿命，降低成本，具有显著经济效益和社会效益，意义重大；本发明所用的铬盐，添加量少，而且是二价铬化合物，没有环保危害。
具体实施方式：
实施例1
我国的三元催化转化器(TWC)系统存在较高的腐蚀和失效问题。对TWC系统腐蚀冷凝物进行了分析，结果显示含NH4 +、CO3 2-、PO4 3-、SO4 2-、Cl-、NO3 -、有机酸等腐蚀性强的冷凝物。
按表1的比例配制腐蚀介质，分别加入水热反应容器中，放入几种不锈钢金属试片，保留反应容器50％的容积空间，封闭反应器，放入恒温箱中，在温度80℃下，反应容器内部的温度可以达到100℃以上，为气液混合物。试验中所配置的模拟冷凝物的腐蚀介质的成分如表1所示。
表1模拟冷凝物的腐蚀介质的成分
Figure A20081005103200081
*注：所有的化合物都以铵盐的形式加入，氨水调节pH为8.5
在模拟排气系统中冷凝物气液腐蚀试验中，采用奥氏体SUS309、奥氏体SUS304和铁素体441三种不锈钢材料，在80℃的条件下共进行72h，试验结果如表2所示。
表2三种不锈钢材料在模拟排气系统中气液腐蚀试验中的失重变化
Figure A20081005103200082
Figure A20081005103200091
从表2的结果可以看出，三种不锈钢材料在模拟排气冷凝物的气液腐蚀试验中均产生了腐蚀和失重变化，其中，而价格最高的SUS 309的失重变化最小，价格较高的SUS304失重变化较小，价格最便宜的铁素体不锈钢441的失重变化最大。
实施例2
a)称蒸馏水于耐腐蚀的容器中，加热到50℃，放入磷酸4份、硝酸0.05份、乙酸0.5份，搅拌均匀；
b)把含量为50％wt的磷酸二氢铝4份加入到a)中，搅拌至完全溶解；
c)把硝酸铬0.05份和硝酸锌0.005份加入到b)中，搅拌至完全溶解；加热使液体的温度达到90℃；
将市售国产的铁素体不锈钢材料，即厚度为1.5mm钢板，首先进行脱脂处理，然后放入配制好的温度为90℃的钝化处理液c)中，保持12min。从钝化液c)中取出完成钝化的铁素体不锈钢材料，蒸馏水水洗，晾干，完成对铁素体不锈钢材料的表面耐化学腐蚀的钝化处理。
按实施例1之表1的比例配置冷凝物腐蚀介质，并按实施例1中试验条件对完成钝化处理后的铁素体不锈钢材料进行耐腐蚀试验，结果如表3所示。
Figure A20081005103200092
Figure A20081005103200101
实施例3
对铁素体不锈钢441的样板先进行脱脂，晾干。
钝化处理液体按以下比例如下：磷酸6份、硝酸0.1份、乙酸0.5份、50％wt的磷酸二氢铝6份、硝酸铬0.1份、硝酸锌0.01份，其余重量为蒸馏水，加热、搅拌、溶解，完成配制。铁素体不锈钢441样板在上述的钝化溶液中浸泡钝化，95℃下为10min，按实施例1之表1的比例配置冷凝物腐蚀介质，并按实施例1中试验条件对完成钝化处理后的铁素体不锈钢材料进行耐腐蚀试验，结果如表4所示。
表4铁素体不锈钢441钝化后的耐腐蚀试验结果
Figure A20081005103200102
从表4的试验结果可以看出，经过钝化处理后的铁素体不锈钢441的尿素水热腐蚀试验和排气冷凝介质水热腐蚀试验后，所有的试验后的样板的失重为0，均表现出满意的耐腐蚀性能。

Claims (3)

1、一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其特征在于：将铁素体不锈钢材料置于如下的化学处理液中进行耐腐蚀的表面化学钝化处理，其化学处理液为：磷酸4～10份、硝酸0～0.1份、乙酸0.5～1份、含量为50％wt的磷酸二氢铝4～6份、硝酸铬0.05～0.1份、硝酸锌0～0.01份、其余重量为蒸馏水；具体的处理过程为：
a)称蒸馏水于耐腐蚀的容器中，加热到50～70℃，放入磷酸4～10份、硝酸0～0.1份、乙酸0.5～1份，搅拌均匀；
b)把含量为50％wt的磷酸二氢铝4～6份加入到a)中，搅拌至完全溶解；
c)把硝酸铬0.05～0.1份和硝酸锌0～0.01份加入到b)中，搅拌至完全溶解；加热使液体的温度达到90～95℃；
d)把待处理的铁素体不锈钢材料首先进行脱脂处理，然后放入配制好的温度为90～95℃的钝化处理液c)中，保持10～15min；
e)从钝化液c)中取出完成钝化的铁素体不锈钢材料，蒸馏水洗，晾干。
2、根据权利要求1所述的一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其特征在于所述的钝化处理工艺仅适用于对铁素体不锈钢材料的表面耐化学腐蚀的钝化处理。
3、根据权利要求1所述的一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，其特征在于所述的表面耐化学腐蚀的钝化处理的铁素体不锈钢材料是指车载SCR系统封装的铁素体不锈钢材料，应用于包括从发动机的排气制动阀开始到消音器尾管之间的零件，即法兰、排气直管、尿素还原剂喷嘴组件、尿素还原剂混合分散单元、排气弯管、排气挠性管、尿素还原剂输送钢管、排气管路和SCR箱体的连接件、SCR催化剂的箱体、SCR催化剂的箱体中间支撑隔板、SCR催化剂的壳体、SCR催化剂的载体、排气消音器尾管、螺栓和螺母部件。
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