CN103713002B - 一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法，属于催化剂物理性能指标测定领域，采用金相中的冷镶法对汽车尾气催化剂进行前期的制样处理，利用扫描电镜直接测定涂层层数和涂层的厚度，该方法具有准确、快速、直观、简便等优点，解决了现有的游标卡尺测量出的厚度不准确，误差较大的问题。本发明测定催化剂涂层厚度的方法包括：a样品的取样；b样品的金相制备处理；c仪器的校准；d厚度的测定，结果精确至0.1mm。本发明的方法可测定汽车尾气催化剂的涂层厚度，同时也可表征催化剂涂层形貌、涂层和载体的结合情况。

Description

一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法

技术领域

本发明涉及一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法，属于汽车尾气催化剂物理指标测定的技术领域。

背景技术

涂层材料是汽车尾气催化剂的核心材料，它包括涂层基体氧化铝；涂层助剂氧化锆氧化铈及活性金属铂钯铑等。涂层在载体上的负载量、涂层与载体的结合强度、涂层的比表面积及涂层的微观特征等对三效催化剂活性组分和助剂的负载过程、负载质量、分散状态等都会产生很大的影响，从而最终影响三效催化剂的活性和使用寿命等。因此涂层厚度测定、涂层与载体间的结合强度和表面形貌的观察十分重要，这对指导优化催化剂涂覆的生产工艺、控制催化剂的生产成本及提高催化剂的整体催化性能具有十分重大的理论和现实意义。

目前对材料涂层厚度的检测方法主要有游标卡尺及螺旋测微尺直接测量法、金相法、X射线荧光法、电容法、磁性测量法及电涡流测量法等。X射线荧光法和β射线反射法可以进行无接触无损测量，但此类用用射线进行厚度测定的装置复杂而昂贵，测量范围小，数据误差大，且因有放射源，还存在射线防护等问题，不适合涂层材料的日常生产检查。金相法是涂层厚度检测较为常用的方法，通常用于无机金属材料进行切割、镶嵌、磨样制备涂层截面金相试样，然后通过光学显微镜或扫描电镜进行观察，可获得涂层厚度的数据。机械行业标准JB／T7503-94《金属覆盖层横截面厚度扫描电镜测量方法》中规定了金属样品表面覆盖层横截面厚度的扫描电镜测量方法的技术要求，主要是从待测物件表面切割试样，经过镶嵌、研磨、抛光和浸浊制成横截面金相试样，利用扫描电镜对它进行测定。

金相法目前主要适用于无机金属材料的涂层厚度测定，由于金属材料硬度高易进行金相热镶法处理，对于无机非金属材料而言，由于硬度较小，韧性较差，不适宜传统的金相热镶法制样，而汽车尾气催化剂由于其特殊的蜂窝状结构，涂层和载体间的作用力较弱，采用金相热镶法很易将汽车尾气催化剂样品破坏。因此本发明采用金相冷镶法对催化剂样品进行处理，得到了很好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、精确、简便的测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法，通过这些指标表征汽车尾气催化剂的涂覆工艺，以解决现有的游标卡尺测量出涂层厚度的不准确性。本发明的测定催化剂的涂层厚度的方法，主要利用金相中的冷镶法对汽车尾气催化剂进行前期的制样处理，利用扫描电镜直接测定涂层层数和涂层的厚度，其特征在于快速准确测定出汽车尾气催化剂的涂层厚度。

本发明测定汽车尾气催化剂的涂层厚度方法的具体步骤如下：

(1)样品的准备

将催化剂样品放在温度为22℃，湿度60％的恒温恒湿箱中平衡干燥48h后取出。用干净的金刚砂锯条在催化剂的出口处取4个直径在30mm*30mm，高度在50mm的样品作为前处理样品(附图1)，每个样品作一个重复，共4个重复，编号为样品1，样品2，样品3和样品4。

(2)样品的制备

对于汽车尾气催化剂的制样过程主要参照金相制样方法中的冷镶制样的原理，主要将催化剂样品的平面竖直放于模具中，放入自凝牙托粉和义齿基托树脂液剂，样品所有的孔道内都要填满镶嵌料，否则涂层易脱落，反应30分钟至镶嵌料完全凝固时，为了保证被测试样横截面与涂层垂直，可在镶嵌样品时，将一根标准已知直径的细镍圆杆与试样一起进行镶嵌，使圆杆的纵轴平行于涂层，研磨抛光后镍杆应呈圆形，以判别截面与涂层的垂直度，或用其他有效的方法，按照GB／T13298-1991中第三章，将截面试样进行研磨，抛光至符合金相样品的要求，得到制备好的样品(附图2)。

(3)仪器的校准和调节

用超声波消洗器消洗制备好的样品。并用金相显微镜检查观测整个试样的截面，应聚焦消晰，无外来物和磨痕。将试样安装在样品座上，使截面保持水平，并固定在扫描电镜的样品台上，按GB／T16594-1996中第51条进行，用标准样品对分辨率进行校准，将扫描电镜调整到最佳工作状态，样品台倾斜角调整为零，保证截面试样处于同一聚焦平面。

(4)厚度的测定

拍摄一张测量覆盖涂层厚度的低倍形貌图片，并在照片上标明测量覆盖涂层局部厚度的每个部位(附图3)，主要是标明汽车尾气催化剂样品的拐角处和直角处的涂层的厚度。局部厚度的测定，选取合适的放大倍数，对于涂层较薄的样品放大至500倍左右进行观察，涂层较厚的样品放大至300倍左右进行观察，保证图像上不同部位放大倍数均匀一致。将待测厚度调到视场中心，选定放大倍数，在相同的放大倍数下，拍摄二次电子像和背散射电子像，用标样校准电子标尺，将标尺标于待测厚度处拍摄照片，要有足够的对比度和消晰边界，并测量局部厚度。

(5)计算平均厚度及标准偏差

计算催化剂样品拐角处和直角处的平均厚度：

$T=\frac{{\mathrm{\ΣT}}_i}{i},$

式中，T为平均厚度，i为测量次数，Ti为每次测量的局部厚度。

附图说明

附图1是本发明的汽车尾气催化剂的取样的示意图。

附图2是本发明的汽车尾气催化剂的金相制样的示意图。

附图3是本发明的汽车尾气催化剂涂层厚度的测定位置示意图。

附图4是本发明的汽车尾气催化剂涂层的扫描电镜测定图。

具体实施方式

本发明测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法按发明内容部分描述的具体步骤实施。主要是对汽车尾气催化剂的取样、金相制样、仪器校准及涂层厚度的测定等步骤。

本发明所选用的汽车尾气催化剂是选用市场所售的国产某型号的汽车催化剂。

试验仪器：扫描电镜(背散射电子像分辨率优于10nm)、金相显微镜(放大倍数不低于500倍)、超声波清洗器、金刚砂锯片。

以下结合附图4对本发明进行详细的说明，以更好的理解本发明的目的、特征和优点。从附图4中可以看出该催化剂的涂层在拐角处和直角处的厚度比较均匀，载体和涂层间结合比较稳固。说明本发明中所采用的金相冷镶制样法未对催化剂的物理性能进行破坏。

用标样校准电子标尺，将标尺标于拐角处和直角处待测厚度处拍摄照片，要有足够的对比度和清晰边界，并测量局部的涂层厚度值。

表1催化剂样品的拐点处位置的催化剂涂层厚度的平均值

从表1中可以看出，所取4个催化剂样品的拐点处位置的催化剂涂层厚度的平均值分别为123.2μm、122.6μm、123.3μm及122.5μm，通过比较可以发现，4个催化剂样品的拐角处涂层厚度的数值基本一致。

表2催化剂样品的直角处位置的催化剂的涂层厚度的平均值

从表2中可以看出，所取4个催化剂样品的直角处位置的催化剂的涂层厚度的平均值分别为39.3μm、39.7μm、39.5μm及39.9μm，通过比较可以发现，四个样品的直角处涂层厚度的数值基本一致。

从测定结果中可以看出，汽车尾气催化剂拐角外的涂层厚度值比直角处的厚度值要小，测定的结果比较稳定，可优化指导催化剂的生产制备工艺。通过金相冷镶法对催化剂样品进行处理取通过扫描电镜直接测定可快速给出催化剂的涂层厚度值，既提高了数据的稳定性，又提高了检测的工作效率。

Claims (2)

1.一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法，其特征在于：通过对汽车尾气催化剂的取样，采用金相法中的冷镶镶样法对汽车尾气催化剂样品进行前期的制样处理，利用扫描电镜测定汽车尾气催化剂的涂层厚度及观察催化剂的涂覆情况，具体包括以下步骤：

a样品的准备：

将催化剂样品放在温度为22℃，湿度60％的恒温恒湿箱中平衡干燥48h后取出，用干净的金刚砂锯条在催化剂的出口处取4个直径在30mm*30mm，高度在50mm的样品作为前处理样品；

b样品的制备：

将催化剂样品的平面竖直放于模具中，放入自凝牙托粉和义齿基托树脂液剂，样品所有的孔道内都要填满镶嵌料，反应30分钟至镶嵌料完全凝固，保证被测试样横截面与涂层垂直，在镶嵌样品时，将一根标准已知直径的细镍圆杆与试样一起进行镶嵌，使圆杆的纵轴平行于涂层，研磨抛光后使镍杆呈圆形，按照GB/T13298-1991中第三章，将截面试样进行研磨，抛光至符合金相样品的要求，得到制备好的样品；

c仪器的校准和调节：

用超声波清洗器清洗制备好的样品，并用金相显微镜检查观测整个试样的截面，应聚焦清晰，无外来物和磨痕，将试样安装在样品座上，使截面保持水平，并固定在扫描电镜的样品台上，按GB/T16594-1996中第5.1条进行，用标准样品对分辨率进行校准，将扫描电镜调整到最佳工作状态，样品台倾斜角调整为零，保证截面试样处于同一聚焦平面；

d厚度的测定：

拍摄一张测量覆盖涂层厚度的低倍形貌图片，并在照片上标明测量覆盖涂层局部厚度的每个部位，标明汽车尾气催化剂样品的拐角处和直角处的涂层的厚度，

局部厚度的测定，选取合适的放大倍数，对于涂层较薄的样品放大至500倍左右进行观察，涂层较厚的样品放大至300倍左右进行观察，保证图像上不同部位放大倍数均匀一致，

将待测厚度调到视场中心，选定放大倍数，在相同的放大倍数下，拍摄二次电子像和背散射电子像，用标样校准电子标尺，将标尺标于待测厚度处拍摄照片，要有足够的对比度和清晰边界，并测量局部厚度；

e计算平均厚度及标准偏差。

2.根据权利要求1所述的一种测定汽车尾气催化剂涂层厚度的方法，其特征在于：所述步骤e计算平均厚度是根据下式：

$T=\frac{{\mathrm{\ΣT}}_i}{i},$

式中，T为平均厚度，i为测量次数，Ti为每次测量的局部厚度。