CN102527443B - 覆盖有炭层的泡沫金属载体及煅烧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种覆盖有炭层的泡沫金属载体，其特征在于泡沫金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料是由市售的食品级蔗糖10~30%wt（重量百分比，下同）和工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉5~15%wt与水55~85%wt混合并持续搅拌而形成的悬浊液。其对现有的制备工艺进行了优化，降低了成本，减少了生产安全隐患，并改进对成品的热处理工艺，该载体具备堆密度提高、减少泡沫金属表面的氧化、提高强度、增大比表面积等优点，有利于后续SCR或POC催化剂的涂敷；很好地回避了复杂、危险且成本高昂的氢气还原工序；具有很高的实用价值。

Description

覆盖有炭层的泡沫金属载体及煅烧工艺

技术领域

本发明涉及一种覆盖有炭层的泡沫金属载体和煅烧工艺，应用于汽车尾气的SCR或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+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炭层的泡沫金属载体和煅烧工艺，其对现有的制备工艺进行了优化，降低了成本，减少了生产安全隐患，并改进对成品的热处理工艺，该载体具备堆密度提高、减少泡沫金属表面的氧化、提高强度、增大比表面积等优点，有利于后续SCR或POC催化剂的涂敷；很好地回避了复杂、危险且成本高昂的氢气还原工序；具有很高的实用价值。

本发明的技术方案是这样实现的：覆盖有炭层的泡沫金属载体，其特征在于泡沫金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料是由市售的食品级蔗糖10~30%wt（重量百分比，下同）和工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉5~15%wt与水55~85%wt混合并持续搅拌而形成的悬浊液。

其煅烧工艺的具体过程如下：首先将10到30份的蔗糖溶解少量水中（蔗糖是一种高溶性的糖，25℃时100g水可以溶解210g蔗糖），然后称取5到15份的二氧化钛加入到蔗糖溶液中并开始搅拌，最后补齐剩余份数的水，搅拌（机械搅拌或磁力搅拌均可）30~60min直至形成均匀稳定的悬浊液，至此浆料配制完成；将泡沫金属载体在浆料搅拌的同时进行浸涂，5~10min后取出并除去多余的浆料，使干燥后重复浸涂，浸涂过程可视情况重复3~5次直至泡沫金属载体表面形成均匀完整的涂层；将干燥且涂敷完整的泡沫金属载体放入高温炉中并通入氩气作为保护气氛，随炉升温，在200~400℃温度范围内进行炭化处理，60~120min后继续升温至500~600℃进行煅烧，温度保持120~240min后停止加热并随炉冷却至室温。得到一种表面具有软炭膜的泡沫金属载体。浆料可以重复使用，定期补充。

本发明的积极效果在于优化了泡沫金属载体煅烧工艺和材料成本，选用蔗糖是由于这种材料在氩气氛下加热到200℃即可发生分解反应：C₁₂H₂₂O₁₁→12C+11H₂O，分解出炭和水，蔗糖炭化产生的炭膜同泡沫金属的材料表面接触更为充分和均匀，广泛被用于无机合成中碳包覆、碳热还原等方法中，而且该原料来源广泛、价格低廉，具有很好的经济效应。同理，二氧化钛材料的选用是由于其具有良好的遮盖能力，硬而耐酸，而且具有一定的催化活性，在制备特征炭膜的过程中选择性的加入二氧化钛，可以是生产的炭膜的结合强度更高，本发明选用的工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉，粒径太细容易产生团聚，使得对泡沫金属载体表面的遮盖能力较差，相反，粒径过大，可能导致浸涂过程很难涂得均匀，二氧化钛的量应该有严格的规定，以保证二氧化钛颗粒较密地嵌入炭层连续相的效果。浸涂重复3至5次是为了形成完整而均匀的涂层。综上，本发明能够产生经济，节能，环保，安全性强，稳定可控等效果，因此具有很高的实用价值。

附图说明

图1为包覆有碳的样件煅烧后的SEM照片。

图2为包覆有碳的样件煅烧后的较高倍数SEM照片。

图3为包覆有碳的样件煅烧后的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

取一种经过铁镍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方形泡沫金属样件。将100g蔗糖溶解于200ml水中，然后称取50g二氧化钛加入到蔗糖溶液中，最后加入650ml水进行稀释并开始搅拌，60min后将泡沫金属样件在浆料搅拌的同时进行浸涂，5~10min后取出并除去多余的浆料，使干燥后再重复浸涂3次；将干燥且涂敷完整的泡沫金属样件放入高温炉中并通入氩气作为保护气氛，随炉升温，至400℃时暂停加热，保温60min后继续升温至600℃进行煅烧，温度保持240min后停止加热并随炉冷却至室温，得到一种表面具有软炭膜的泡沫金属样件。如图1、2所示，在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

取一种经过铁镍电沉积制成的开孔率为10ppi，尺寸100×100mm，厚度为25mm方形泡沫金属样件。将200g蔗糖溶解于300ml水中，然后称取50g二氧化钛加入到蔗糖溶液中，最后补充水至450ml并开始搅拌，60min后将泡沫金属样件在浆料搅拌的同时进行浸涂，5~10min后取出并除去多余的浆料，使干燥后再重复浸涂3次；将干燥且涂敷完整的泡沫金属样件放入高温炉中并通入氩气作为保护气氛，随炉升温，至400℃时暂停加热，保温60min后继续升温至600℃进行煅烧，温度保持240min后停止加热并随炉冷却至室温，得到一种表面具有软炭膜的泡沫金属样件。在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

取一种经过铁镍电沉积制成的开孔率为10ppi，尺寸100×100mm，厚度为25mm方形泡沫金属样件。将200g蔗糖溶解于300ml水中，然后称取150g二氧化钛加入到蔗糖溶液中，最后加入350ml水进行稀释并开始搅拌，60min后将泡沫金属样件在浆料搅拌的同时进行浸涂，5~10min后取出并除去多余的浆料，使干燥后再重复浸涂3次；将干燥且涂敷完整的泡沫金属样件放入高温炉中并通入氩气作为保护气氛，随炉升温，至400℃时暂停加热，保温60min后继续升温至600℃进行煅烧，温度保持240min后停止加热并随炉冷却至室温，得到一种表面具有软炭膜的泡沫金属样件。在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 (2)

1.一种覆盖有炭层的泡沫金属载体，其特征在于：泡沫金属载体在煅烧前要先进行浸涂浆料，浆料是由食品级的蔗糖10~30%wt重量百分比，和工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉5~15%wt与水55~85%wt混合并持续搅拌而形成的悬浊液。

2.根据权利要求1所述的一种覆盖有炭层的泡沫金属载体，其特征在于所述的泡沫金属载体煅烧工艺如下：

（1）首先将10到30份的蔗糖溶解于55到85份的水中，然后称取5到15份的二氧化钛加入到蔗糖溶液中并开始搅拌，即机械搅拌或磁力搅拌均可，持续搅拌30~60min直至形成均匀稳定的悬浊液，至此浆料配制完成备用；

（2）将泡沫金属载体在浆料搅拌的同时进行浸涂，5~10min后取出并除去多余的浆料，使干燥后重复浸涂，浸涂过程可视情况重复3~5次直至泡沫金属载体表面形成均匀完整的涂层；

（3）将干燥且涂敷完整的泡沫金属载体放入高温炉中并通入氩气作为保护气氛，随炉升温，在200~400℃温度范围内进行炭化处理，60~120min后继续升温至500~600℃进行煅烧，温度保持120~240min后停止加热并随炉冷却至室温。