CN102443797B - 覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺，其特征在于泡沫铁金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料是一种水溶性铝银浆，其中铝银浆是由粒径为1μm~20μm的15~30份的工业铝粉、45~75份的水以及10~20份工业丙三醇配制，上述成分充分混合并搅拌均匀的悬浮液，在搅拌条件下把泡沫铁金属载体浸涂在悬浮液中，2~4min后取出，80~120℃，30~50min烘干；重复浸涂第二次和第三次，浸涂和烘干须重复至少3次，以得到完整均匀的铝银浆涂层；之后在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温，得到一种表面包覆铝和氧化铝薄膜的SCR和POC泡沫铁金属载体。其省去镀镍防护层工序进而显著降低原材料和工艺成本；另一方面也方便了后续的SCR和POC催化剂的涂敷，进而减少了工序，提高了生产效率。

Description

覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺

技术领域

本发明涉及一种泡沫铁金属载体的制备工艺，应用于汽车尾气的SCR和POC后处理行业。

背景技术

当前，全球面临能源和环境的综合挑战。在传统汽车的排放达标的技术手段选择方面，人们仍然面临不少的难题，例如，如何选择后处理的载体和催化剂等方面。

后处理载体是构成车用后处理平台的关键因素，截止到目前为止，在后处理载体方面绝大多数是进口的陶瓷载体，这种陶瓷载体的机械强度稍差，不太适应于中国的实际情况；同样，成熟的金属载体也是被国外的技术和专利垄断，成为制约中国后处理产业发展的关键因素。

因此，如何获得低成本和高性能的后处理载体是推进该领域技术进步的核心内容。

泡沫金属是一种物理功能与结构特性一体化的新型工程材料。80年代初国际上开始金属泡沫材料研制，金属泡沫材料具备质轻、隔音、过滤和阻燃特性，又有很强的吸震和电磁屏蔽作用，因此，广泛应用于国防工业。90年代起，泡沫金属推广应用于民用工业，例如，高水平的泡沫镍应用于电容和超级电容的制备。目前，我国泡沫金属研制和生产技术水平居于世界前列。

从结构上分析和实际测试表明，泡沫金属是最理想的后处理金属载体，例如，结构强度高于陶瓷载体，气流通道紊乱，最容易获得预想的催化效果，此外，催化剂的涂敷和施工工艺较为简单，因此，选择金属泡沫作为载体，具备理论上的先进性。

泡沫金属的成本由工艺过程成本和材料成本两方面所决定，应该把优化过程工艺成本和材料成本同时进行。

考虑到使用成本，作为载体使用的泡沫金属不可能100%有纯镍和纯鉻沉积而成，因此，技术性的铁掺杂成为必然。但是，由于铁在高温下容易被氧化，骨架中的铁氧化后的强度将降低70%以上，或干脆成为废品，因此，在泡沫金属的煅烧中，采用气氛保护或氢气进行还原必不可少。

检索发现很多的泡沫金属电沉积或制备过程的专利，也有的专利包括了最后的煅烧过程中的氢气气氛还原的，但是，还没有和本专利权项相同的专利申报，例如，专利申请号为CN201010100422.8的‘钛基四元催化泡沫金属载体及其制造方法’专利是采用以钛及钛合金冶炼获得三维纤维结构的泡沫钛金属材料；专利申请号为CN200810068869.4的‘塑料基泡沫金属化的方法’专利是将塑料基泡沫浸于低温热固化型聚合物银浆或将低温热固化型聚合物银浆喷涂到塑料基泡沫上，使塑料基泡沫的纤维粘附上导电层，然后再进行电镀而制备；专利申请号为CN200610117833.1的‘应用于尾气过滤及催化剂载体的泡沫铁铬铝及其制作工艺’专利，所述的泡沫铁铬铝是以泡沫形状金属为基材，在基材的多孔表面进行火焰喷涂铁铬铝；专利申请号为CN200510032174.7的‘三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法’专利是将一种或多种粒径在1~100μm的金属或合金粉末均匀分散在含粘接剂的溶液中制成料浆，再将该浆液灌入通孔聚氨酯海绵泡沫中，经烘干、烧结得到三维通孔泡沫金属材料；专利申请号为CN03208577.X的‘复合金属多孔铝’专利是采用泡沫金属骨架组成的三维网状结构，采用热浸铝方法在该骨架上进行复合金属铝；专利申请号为CN00133631.2的‘一种复合泡沫金属及其制备方法’专利是先将泡沫材料制备导电层，采用电沉积的方法，在泡沫材料上沉积金属(A)，再在金属(A)表面沉积另一金属(B)，经过热处理后,形成复合泡沫金属；专利申请号为CN02129612.X的‘一种复合金属多孔体及其制备方法’专利首先以泡沫材料为芯膜，在该芯膜上沉积一种、或二种、或二种以上金属制备多孔金属或多孔合金；之后再以多孔金属或多孔合金为骨架，在该骨架上采用热浸方法进行热浸金属或合金，即可制备出复合金属多孔体。

在传统的泡沫金属煅烧工艺中，要求采用氢气气氛还原的工艺，它要求具备精密的煅烧炉和生产控制工艺，例如，在炉内通入70%氮气和30%氢气混合气体，并在炉体内形成微正压（0.05~0.1kg/cm2）体系，显而易见它存在安全方面的问题，此外，氢气还原的煅烧炉成本以及工艺材料的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺，其省去镀镍防护层工序进而显著降低原材料和工艺成本；另一方面也方便了后续的SCR和POC催化剂的涂敷，进而减少了工序，提高了生产效率。

本发明的技术方案是这样实现的：覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺，其特征在于泡沫铁金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料是一种水溶性铝银浆，其中铝银浆是由粒径为1μm~20μm的15~30份的工业铝粉、45~75份的水以及10~20份工业丙三醇配制，上述成分充分混合并搅拌均匀的悬浮液，在搅拌条件下把泡沫铁金属载体浸涂在悬浮液中，2~4min后取出，80~120℃，30~50min烘干；重复浸涂第二次和第三次，浸涂和烘干须重复至少3次，以得到完整均匀的铝银浆涂层；之后在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温，得到一种表面包覆铝和氧化铝薄膜的SCR和POC泡沫铁金属载体。

本发明的积极效果在于显著降低了材料成本和工艺成本，优化了泡沫铁金属载体的表面结构并形成良好的保护层和中间层；一般泡沫金属载体的制备工艺中都有先镀上相当厚度的金属镍防护层这一工序或者直接镀纯镍，因为金属铁非常容易腐蚀氧化，未经过处理保护无法持续完好地在尾气环境中服役，但是金属镍价格高昂，电解镍的价格高达16万元/吨，而金属铁得价格一般不超过2万元/吨；而且省去镀镍设备和工序，我们知道一般镀镍工艺同镀铁工艺相比电流较小，往往费时费力，生产效率较低；本工艺在保证泡沫铁金属载体抗腐蚀和抗氧化能力的条件下省去了镀镍这一环节，大幅地降低了原材料成本和工艺成本，节约了资源。选择含铝涂层的另外一个原因是铝及氧化铝作为表面层容易形成钝化膜，进而可以很好地保护内部的金属基体避免受到氧化或腐蚀。其中，工业铝粉可以是球状工业铝粉，也可以是片状工业铝粉，或是二者的混合物，工业销售的工业铝粉粒径为1μm~20μm的范围；考虑到铝的熔点是660℃，在680℃的烧结条件下表面层的铝仅仅会部分熔解，由于尽管烧结时投入氩气保护，但是不可避免的有少量的铝氧化成氧化铝，这并不改变涂层的作用，因为，不论是SCR或POC的催化剂涂敷前都需要专门涂敷一次铝溶胶，不论是铝还是氧化铝都和下个工序涂敷的铝溶胶具备很好的亲和性，有利于提高涂层强度；

铝银浆这种材料容易获得、成本低、浸涂简单，而且水溶性铝银浆具有无毒、无污染、气味小等优点，因此我们选用该材料作为铝源。选择工业铝粉的粒径范围为1μm~20μm，粒径过小会导致涂层的铝封闭效应差，反之，粒径过大则容易引起涂层表面薄厚不均。此处所加入的水是作为一种稀释剂的目的；工业丙三醇无毒、无味、无公害，皆可以食用，因此这种溶剂的选择给本工艺的绿色环保提供了保障，采用工业丙三醇的目的是作为一种烧结前的粘结剂，也是一种悬浮剂，悬浮铝粉颗粒。水和丙三醇溶剂与工业铝粉的比例控制在4:1至6:1之间，该范围是经过分析和验证得到的结果，溶剂总量小时，浆料过浓，导致涂层均匀平整程度难以满足要求且容易堵孔，反之，溶剂比例大，浆料过稀，浸涂上料慢，导致生产效率降低。推荐的涂敷次数为3次，是基于试验检测的结果表明涂敷3次后，表面的铝和氧化铝的涂层分布均匀和连续，没有金属底层的暴露点，在铝银浆涂层的保护下泡沫铁金属表面发生氧化的程度显著减小；综上，本工艺有利于降低成本，提高效率，节约资源，节能和环保效果明显，稳定可控，因此具有很高的实用价值。

附图说明

图1为涂铝浆料泡沫铁金属煅烧后的SEM图片。

图2为涂铝浆料泡沫铁金属煅烧后的EDX能谱。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述，实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

将粒径为5μm的工业铝粉15份，工业丙三醇20份，自来水65份的比例混合并搅拌，得到一种铝银浆；取两块经过铁电沉积制成的开孔率为10ppi（每英寸长度上的开孔数目，下同），尺寸100×100mm，厚度为25mm方形泡沫铁金属样件，经过化学镀镍处理后，其中一块放入浆料中开始浸涂，浸涂过程中一直搅拌，且不断旋转样件以保证各部分涂敷均匀，持续3min后取出，干燥后再重复浸涂过程两次，另一块不做任何处理，之后两块样件同时在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温，取出样件；如附图1和2所示，浸涂铝银浆的样件表面和侧面均覆盖一层完好的铝和氧化铝薄膜且无氧化锈蚀情况出现，而未浸涂的样件则出现明显的氧化锈蚀情况；将浸涂的样件在高度1000mm的高度进行自由落体到水泥地面上，该样件具有金属声，无破裂。

实施例2

将粒径为10μm的工业铝粉20份，工业丙三醇15份，自来水65份的比例混合并搅拌，得到一种铝银浆；取一种经过铁电沉积制成的开孔率为10ppi，尺寸100×100mm，厚度为25mm方形泡沫铁金属样件，经过化学镀镍处理后，放入浆料中开始浸涂，浸涂过程中一直搅拌，且不断旋转样件以保证各部分涂敷均匀，持续3min后取出，干燥后再重复浸涂过程两次，之后在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温，取出样件；其表面和侧面均覆盖一层完好的铝和氧化铝薄膜且无氧化锈蚀情况出现，在高度1000mm的高度进行自由落体到水泥地面上，该样件具有金属声，无破裂。

实施例3

将粒径为15μm的工业铝粉30份，工业丙三醇10份，自来水70份的比例混合并搅拌，得到一种铝银浆；取一种经过铁电沉积制成的开孔率为10ppi，尺寸100×100mm，厚度为25mm方形泡沫铁金属样件，经过化学镀镍处理后，放入浆料中开始浸涂，浸涂过程中一直搅拌，且不断旋转样件以保证各部分涂敷均匀，持续3min后取出，干燥后再重复浸涂过程两次，之后在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温，取出样件；其表面和侧面均覆盖一层完好的铝和氧化铝薄膜且无氧化锈蚀情况出现，在高度1000mm的高度进行自由落体到水泥地面上，该样件具有金属声，无破裂。

Claims (1)

1.一种覆盖有抗氧化层的泡沫铁金属载体煅烧工艺，其特征在于：泡沫铁金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料为一种水溶性铝银浆，水溶性铝银浆是由粒径为1μm~20μm的15~30份的工业铝粉、45~75份的水以及10~20份工业丙三醇配制，上述成分充分混合并搅拌均匀，其中水溶性铝银浆的悬浊液，在搅拌条件下浸涂泡沫铁金属载体，2~4min后取出，80~120℃，30~50min烘干；重复浸涂第二次，浸涂和烘干须重复至少3次，以得到完整均匀的铝银浆涂层；之后在保护气氛下随炉升温，在680℃的高温炉内保温60~120min，进行煅烧；煅烧结束后，随炉冷却至室温。