CN104066684A - 减小摩擦的方法 - Google Patents

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Abstract

一种减小模具的壁和在模具中紧密地安装的金属容器的外壁之间的摩擦的方法，该金属容器含有金属氨络合盐，该金属氨络合盐在容器内被单轴压实，该方法包括：a)在金属氨络合盐被填充到容器中之前，采用润滑剂处理或覆盖容器的内壁，或者b)将固体润滑剂与待被填充到容器中的金属氨络合盐混合，或者c)在将被包入壳中的固体金属氨络合盐充填到容器内之前，采用润滑剂处理或覆盖由柔性材料制成的且包裹在所述固体金属氨络合盐周围的透气性壳，或者a)和b)的组合或者a)和c)的组合。还公开了分别含有金属氨络合盐的被润滑的容器和被润滑的壳。

Description

减小摩擦的方法
技术领域
本发明涉及一种减小模具和金属容器的外壁之间的摩擦的方法。
背景技术
出于各种目的，例如，被在内燃机的废气中的NOx的还原过程(例如，SCR(选择性催化还原))消耗，压实的金属氨络合盐是用于存储氨以及将氨释放的有效方式。通常，利用一些热源从金属氨络合盐中释放氨，但是还可以单独使用与热组合使用其他方式，例如，真空或化学试剂(例如，水)。
通过在模具活塞中采用活塞压实，可以制备压实的金属氨络合盐(见WO2008/081824，其全文通过引用被并入本文)。为了所压实的材料的更好的导热性，它们在压实之前可以被包入由柔性的、高导热材料制成的透气性壳中(见WO2011/038916，其全文通过引用被并入本文)。
通过在用于在消耗场所处输送氨的金属(例如，钢或铝)容器中直接单轴压实，可以实现该压实(参见WO 2100/038916)。在该情况下，有利的是将通常具有较薄的壁的容器紧密地安装在用于压实步骤的模具中。
然而，发现在压实之后从模具移除金属容器是相当困难的。显然，在显微镜下观察粗糙的金属容器壁如果没有采用特殊方式进行处理，则在压实过程期间，变得与模具的壁缠绕。这导致相当大的摩擦量且使容器从模具的移除变得困难。
解决该问题的一个途径是抛光金属容器的壁，然而这增加了容器的成本。
本发明的目的在于找到一种廉价的方式来解决上文提出的问题。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及一种减小模具的壁和在模具中紧密地装配的金属容器的外壁之间的摩擦的方法，该金属容器包括含有选自以下通式的盐及其混合物的金属氨络合盐的材料：
Ma(NH3)nXz,
其中，M是选自碱金属(例如，Li、Na、K或Cs)、碱土金属(例如，Mg、Ca、Ba或Sr)、铝和过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn)或所述金属的组合(例如，NaAl、KAl、K2Zn、CsCu或K2Fe)的一种或多种阳离子；X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、硫氰酸根离子、硫酸根离子、钼酸根离子和磷酸根离子的一种或多种阴离子；a是每个盐分子中阳离子的数量；z是每个盐分子中阴离子的数量；以及n是2至12的配位数。金属氨络合盐在容器内被单轴地压实。该方法包括：
a)在包含金属氨络合盐的材料、或者被包裹在由柔性材料制成的透气性壳中的所述包含金属氨络合盐的材料被置入所述容器中之前，采用润滑剂处理或覆盖所述容器的内壁，或者
b)将固体润滑剂与待被填充到所述容器中的所述包含金属氨络合盐的材料混合，或者
c)采用润滑剂处理或覆盖由柔性材料制成的透气性壳，所述包含金属氨络合盐的材料被包裹在所述透气性壳内，然后将包裹在所述壳中的所述包含金属氨络合盐的材料填充到所述容器中，或者
a)、b)和c)的任意组合，
以便于从所述模具中移除所述金属容器。
在第二方面中，本发明涉及一种金属容器，其填充有如权利要求1所限定的包括金属氨络合盐的材料、或者填充有包括固体润滑剂的所述材料、或者填充有被包裹在由柔性材料制成的透气性壳内的所述材料、或者填充有包裹在采用润滑剂处理或覆盖的由柔性材料制成的透气性壳中的所述材料，其中，所述金属容器的内壁覆盖有润滑剂。
容器中的材料可以是非压实的(在材料压实之前的容器的状况)或者压实的(在材料的压实之后容器的状况)。
在另一方面中，本发明涉及由柔性材料制成的透气性壳，该壳包裹含有金属氨络合盐的材料，其中，所述柔性材料采用润滑剂来处理或涂覆有润滑剂。
附图说明
图1是用于直接在较薄壁的容器中的金属氨络合盐的通过活塞的压实方法的示意图，较薄壁的容器紧密地安装在模具中。容器采用润滑剂进行处理，且金属氨络合盐还可选地含有固体润滑剂。
图2是用于直接在较薄壁的容器中的金属氨络合盐的通过活塞的压实方法的示意图，较薄壁的容器紧密地安装在模具中。容器采用润滑剂进行处理，且金属氨络合盐被包入由柔性材料制成的透气性壳中，该壳可以采用润滑剂处理。
具体实施方式
本文示出的具体细节是示例性的且仅出于说明讨论本发明的实施方式的目的，且为了提供被认为最有价值的内容、以及容易理解本发明的原理和概念方面的描述的目的而呈现。在该方面，没有尝试详细示出本发明的结构细节，这些结构细节对于本发明的基本理解是必要的，不管本发明的形式有多少种，然而对于本领域的技术人员明显的结合附图的描述可以在实践中被具体化。
令人惊讶地发现，通过减小金属容器的内壁和金属氨络合盐或者包裹该金属氨络合盐的壳之间的摩擦，可以大幅减小在非抛光的金属容器(其中，可选地包裹在透气性壳中的金属氨络合盐通过活塞被单轴地压实)的外壁和模具(其中，该容器被紧密地装在该模具中)之间的摩擦，这大大有利于在压实之后容器从模具的移除。该吃惊事实的原因并未充分理解。
与抛光相比，这可以更廉价地生产容器，同时还可以容易地从模具移除。
在本发明中所用的金属容器通常由钢或铝制成，但是可以使用其他的金属或合金，例如，铁、钛或钨。
容器壁的厚度取决于容器的材料。在钢或铝容器的情况中，容器壁的厚度通常为约0.25mm至约10mm，优选约0.5mm至约5mm。
通常除了底部和顶部以外，容器具有基本上圆柱的形状，其中，边缘可以被制成圆形，但是也可以使用其他截面，例如，椭圆形截面。容器的大小没有特别的限制且取决于在其内使用该容器的最终系统的大小。在容器的内容物在车辆中被用作用于NOx的SCR的氨源的情况下，例如，圆柱体可具有50mm至400mm的直径和200mm至800mm的长度。
模具可以是出于该目的对于本领域的技术人员熟知的在机械性能上非常稳定的任一材料。
用于施加单轴压实力的活塞可以由相同或类似的材料制成。
在容器内待被压实的金属氨络合盐选自以下通式的盐及其混合物：
Ma(NH3)nXz,
其中，M是选自碱金属(例如，Li、Na、K或Cs)、碱土金属(例如，Mg、Ca、Ba或Sr)、铝和过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn)或所述金属的组合(例如，NaAl、KAl、K2Zn、CsCu或K2Fe)的一种或多种阳离子；X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、硫氰酸根离子、硫酸根离子、钼酸根离子和磷酸根离子中的一种或多种阴离子；a是每个盐分子中阳离子的数量；z是每个盐分子中阴离子的数量；以及n是2至12的配位数。
特别优选是碱土金属和锰氨卤化物，尤其是氯化物和硫酸盐。
金属氨络合盐可含有添加剂，例如，导热片，因此，在权利要求书和有时在说明书中采用术语“包含金属氨络合盐的材料”。另外，除了通过其化学式限定的情况之外，术语“金属氨络合盐”与术语“包含金属氨络合盐的材料”可以互换使用。
在压实之前，金属氨络合盐可以被包入由高导热柔性材料制成的透气性壳中，例如，该高导热柔性材料的导热率是其所包裹的金属氨络合盐的导热率的至少5倍，以当压实之后材料被加热用于释放氨时，提供充分的导热性。例如，柔性材料可以是金属箔，例如，铝箔，但是也可以使用其它材料，例如，有机聚合物、塑料、碳(例如，复写纸)等。
在本发明中，润滑剂用于减小在容器的内壁和在容器内待压实的材料之间的摩擦。
用于润滑容器的内壁的润滑剂，或者视具体情况，用于润滑环绕待压实的金属氨络合盐的柔性材料的润滑剂，优选选自固体润滑剂，例如，石墨、MoS2、氮化硼、铜润滑脂、滑石粉、氟化钙、氟化铈、氟化钨、蜡乳液、硬脂酸、硬脂酸铵、硬脂酸丁酯、油酸和有机聚合物，例如，聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯聚合物和聚乙烯，或其混合物。石墨、MoS2、氮化硼是特别优选的，且目前最优选地是聚四氟乙烯或氟化乙烯丙烯聚合物。另外，可以使用液体润滑剂，例如，油或油脂，例如，有机的或基于硅的油或油脂。甚至像水或诸如乙醇、乙二醇等有机溶剂的液体具有明显的润滑效果。润滑剂层的厚度取决于所用的特定润滑剂，但是应该尽可能的薄以不会妨碍当从金属氨络合盐释放氨时，从外部热源通过容器壁到金属氨络合盐的热传递。
固体润滑剂(根据具体情况，该固体润滑剂与包括金属氨络合盐的材料混合)优选地选自碳，例如，石墨，还可以是碳的润滑形式，例如，碳纳米管(CNT)、MoS2、氮化硼、金属粉末、和有机聚合物的粉末，例如，聚乙烯和聚四氟乙烯颗粒、或者其混合物。与金属氨络合盐混合的固体润滑剂的粒径和用量取决于具体的润滑剂。通常，粒径可以在约2nm至约100μm的范围内。此外，可以使用液体润滑剂，例如，油或油脂，例如，有机的或基于硅的油或油脂。甚至像水或诸如乙醇、乙二醇等有机溶剂的液体具有明显的润滑效果。润滑剂层的厚度通常在约2nm至约0.1mm之间。
当然，根据润滑剂的种类，通过本领域的技术人员已知的任一方法可以实现润滑剂的施用，例如，通过喷涂、通过热喷涂工艺、通过将其与润滑剂的溶液接触、通过将润滑剂涂抹在内壁上、通过化学镀或者电镀。
在实施例中可以发现用于特定润滑剂的特定方法。
在图1中示出具有壁2的圆柱状容器1，其内表面涂覆有润滑剂3。在容器1中盛有金属氨络合盐4。金属氨络合盐4包含固体润滑剂5。通过活塞8对容器1的内容物4、5施加压力，以压实含有固体润滑剂5的金属氨络合盐4。
在图2中示出具有壁2的圆柱状容器1，其内表面涂覆有润滑剂3。在容器1中盛有金属氨络合盐4，其可选地可包含固体润滑剂5。可选地包含固体润滑剂5的金属氨络合盐4被包在由弹性导热材料制成的透气性壳6中。透气性壳6采用润滑剂7来润滑。通过活塞8对含有固体润滑剂5且包裹在被润滑剂7润滑的透气性壳6内的金属氨络合盐4施加压力，以压实含有固体润滑剂5的金属氨络合盐4。
下列实施例说明本发明而不限于此。
实施例
实施例1：圆柱形钢制容器的内壁的润滑且压实粉末状金属氨络合盐
1A)将高度100mm、直径100mm和壁厚2mm的圆柱形钢制容器充填200g的粉末状Sr(NH3)8Cl2然后，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。该粉末通过力进行单轴压实，该力从最初的20吨(1.96·105N)(转化为25MPa的压力)增大至最终的190吨(1.87·106N)的力(转化为240MPa的压力)。从模具中移除容器是困难的。
1B)将高度100mm、直径100mm和壁厚2mm的三个圆柱形钢制容器的内壁分别通过以下方式进行润滑，
a)通过将铜润滑脂(CU1100，Pr.Nb.852386)涂抹到内壁上(铜润滑脂层的估计厚度是：约1μm至1mm)；
b)通过将石墨气溶胶喷雾(来自Alpha Aesar公司的石墨、胶体、润滑剂，气溶胶喷雾(41775))喷涂在内壁上；对于整个内壁的喷涂时间：约2s至5s，干燥时间：约30s至60s，得到的石墨层的估计厚度：约100nm至100μm；或者，
c)通过将氟化的乙烯丙烯聚合物(DuPontTM FEP分散体TE-9568(在水中的含氟聚合物树脂胶体))浸涂在内壁上(得到的含氟聚合物层的估计厚度：约2μm)。
然后，各个容器充填200g的粉末状Sr(NH3)8Cl2，且将容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。该粉末通过力进行单轴压实，该力从最初的20吨(1.96·105N)(转化为25MPa的压力)增大至最终的190吨(1.87·106N)的力(转化为240MPa的压力)。与上述比较实施例1A相比，更容易从模具中移除容器。
实施例2：圆柱形钢制容器的内壁的润滑且压实在由铝制成的壳中含有的金属氨络合盐
2A1)将高度500mm、直径172mm和壁厚3mm的圆柱形钢制容器充填130包的100g的包在铝箔中的Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(ENS355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用350吨(3.44·106N)的力(转化成148MPa的压力)以八个压实步骤被单轴压实。从模具中移除容器是非常困难的。
2B1)将高度500mm、直径172mm和壁厚3mm的三个圆柱形钢制容器的内壁分别通过以下方式进行润滑，
a)通过将铜润滑脂(CU1100，Pr.Nb.852386)涂抹到内壁上(铜润滑脂层的估计厚度是：约1μm至1mm)；
b)通过将石墨气溶胶喷雾(来自Alpha Aesar公司的石墨，胶体，润滑剂，气溶胶喷雾(41775))喷涂在内壁上；对于整个内壁的喷涂时间：约2s至5s，干燥时间：约30s至60s，得到的石墨层的估计厚度：约100nm至100μm)；或者，
c)通过将氟化的乙烯丙烯聚合物(DuPontTM FEP分散体TE-9568(在水中的含氟聚合物树脂胶体))浸涂在内壁上(得到的含氟聚合物层的估计厚度：约2μm)。
然后各个容器充填130包的100g的包在铝箔中的Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用350吨(3.44·106N)的力(转化成148MPa的压力)以八个压实步骤被单轴压实。与上文的比较实施例2A1相比，更容易从模具中移除容器。
2A2)将高度360mm、直径115mm和壁厚1.0mm的圆柱形钢制容器充填42包的100g的包在铝箔中的Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用110吨(1.08·106N)的力(转化成104MPa的压力)以21个压实步骤被单轴压实到的1.2g/ml的最终密度。从压实模具中移除容器所需要的力是22吨(2.16·105N)。
2B2)通过将氟化的乙烯丙烯聚合物(DuPontTM FEP分散体TE-9568(在水中的含氟聚合物树脂胶体))浸涂在内壁上(得到的含氟聚合物层的估计厚度：约2μm)，来润滑高度360mm、直径115mm且壁厚1.0mm的钢制容器的内壁。
然后该容器充填42包的100g的包在铝箔中的Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用120吨(1.18·106N)的力(转化成113MPa的压力)以6个压实步骤被单轴压实。从压实模具中移除容器所需的力是14吨(1.37·105N)。
实施例3：将润滑剂添加到待压实的金属氨络合盐
3A)将高度100mm、直径100mm和壁厚2mm的圆柱形钢制容器充填200g的粉末状Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。该粉末通过力进行单轴压实，该力从最初的20吨(1.96·105N)(转化为25MPa的压力)增大至最终的190吨(1.87·106N)的力(转化为240MPa的压力)。从模具中移除容器是困难的。
3B)将高度100mm、直径100mm和壁厚2mm的另一圆柱形钢制容器充填200g的混有重量百分比为0.25％的石墨(石墨薄片、天然的、10目、99.9％)的粉末状Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。该粉末通过力进行单轴压实，该力从最初的20吨(1.96·105N)(转化为25MPa的压力)增大至最终的190吨(1.87·106N)的力(转化为240MPa的压力)。与上述比较实施例3A1相比，从模具中移除容器更加容易。
实施例4：在包围待被压实的金属氨络合盐的壳中所含有的柔性导热材料的润滑
4A)将高度500mm、直径172mm和壁厚3mm的圆柱形钢制容器充填130包的100g的包在铝箔中的Sr(NH3)8Cl2，且将该容器紧密地安装在由抛光钢(ENS355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用350吨(3.44·106N)的力(转化成148MPa的压力)以八个压实步骤被单轴压实。从模具中移除容器是非常困难的。
4B)将高度500mm、直径172mm和壁厚3mm的圆柱形钢制容器充填130包的100g的包在Tri-中的Sr(NH3)8Cl2，该Tri-是由在一侧上已涂有的铝制成的箔。该侧被选择作为包的外侧且因此包被润滑。
该容器紧密地安装在由抛光钢(EN S355J0(ST52-3))制成的用于高压压实模具中。在容器中，含有Sr(NH3)8Cl2的包分别采用350吨(3.44·106N)的力(转化成148MPa的压力)以八个压实步骤被单轴压实。与上文的比较实施例4A相比，从模具中移除容器是更加容易的。
实施例1、2、3和4的任何润滑方法可以被组合。
应该注意，前述实施例仅出于解释的目的而提供且绝不应该理解成限制本发明。尽管参考示例性实施方式已经描述了本发明，但应该理解，本文所用的词汇是描述和说明性的词汇，而不是限制的词汇。在所附的权利要求书的范围内，如当前所说明和修改的可以做出变化，而不脱离本发明的范围和精神。尽管结合具体装置、材料和实施方式在此已经描述了本发明，然而，本发明不旨在限于本文所公开的具体实施方式；反之，本发明扩展到所有在功能上相当的结构、方法和用途，所有这些都在所附的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种减小模具的壁和金属容器的外壁之间的摩擦的方法，所述金属容器紧密地安装在所述模具中且含有包含金属氨络合盐的材料，所述金属氨络合盐选自具有以下通式的盐或其混合物：
Ma(NH3)nXz，
其中，M是选自诸如Li、Na、K或Cs的碱金属、诸如Mg、Ca、Ba或Sr的碱土金属、铝和过渡金属V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn、或所述金属的诸如NaAl、KAl、K2Zn、CsCu或K2Fe的组合中的一种或多种阳离子；X是选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、硫氰酸根离子、硫酸根离子、钼酸根离子和磷酸根离子的一种或多种阴离子；a是每个盐分子中阳离子的数量；z是每个盐分子中阴离子的数量；以及n是2至12的配位数；所述金属氨络合盐在容器内被单轴地压实，
其中，所述方法包括：
a)在所述包含金属氨络合盐的材料、或者被包裹在由柔性材料制成的透气性壳中的所述包含金属氨络合盐的材料被置入所述容器中之前，采用润滑剂处理或覆盖所述容器的内壁，或者
b)将固体润滑剂与待被填充到所述容器中的所述包含金属氨络合盐的材料混合，或者
c)采用润滑剂处理或覆盖由柔性材料制成的透气性壳，所述包含金属氨络合盐的材料被包裹在所述透气性壳内，然后将包裹在所述壳中的所述包含金属氨络合盐的材料填充到所述容器中，或者
a)、b)和c)的任意组合，
以便于从所述模具中移除所述金属容器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述润滑剂选自石墨、MoS2、氮化硼、铜润滑脂、聚四氟乙烯、滑石粉、氟化钙、氟化铈、氟化钨、蜡乳液、硬脂酸、硬脂酸铵、硬脂酸丁酯和油酸、或其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述固体润滑剂选自石墨、MoS2、氮化硼、铜润滑脂、聚四氟乙烯、或其混合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，利用所述润滑剂通过喷涂、通过热喷涂工艺、通过与润滑剂的溶液接触、通过将润滑剂涂抹在所述内壁上、通过化学镀或者电镀处理或覆盖所述容器的内壁或所述壳。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属容器是钢容器或铝容器，且所述金属容器的壁厚为大约0.25mm至大约10mm，优选大约0.5mm至大约5mm。
6.一种金属容器，所述金属容器填充有如权利要求1所限定的包括金属氨络合盐的材料、或者填充有包括固体润滑剂的所述材料、或者填充有被包裹在由柔性材料制成的透气性壳内的所述材料、或者填充有包裹在采用润滑剂处理或覆盖的由柔性材料制成的透气性壳中的所述材料，其中，所述金属容器的内壁覆盖有润滑剂。
7.根据权利要求6所述的金属容器，其中，所述材料被压实。
8.根据权利要求6或7所述的金属容器，其中，所述润滑剂选自石墨、MoS2、氮化硼、铜润滑脂、聚四氟乙烯、滑石粉、氟化钙、氟化铈、氟化钨、蜡乳液、硬脂酸、硬脂酸铵、硬脂酸丁酯和油酸，优选聚乙烯。
9.一种包裹在包含金属氨络合盐的材料周围的由柔性材料制成的透气性壳，其中，采用润滑剂处理或覆盖所述柔性材料。
10.根据权利要求9所述的透气性壳，其中，所述润滑剂选自石墨、MoS2、氮化硼、铜润滑脂、聚四氟乙烯、滑石粉、氟化钙、氟化铈、氟化钨、蜡乳液、硬脂酸、硬脂酸铵、硬脂酸丁酯和油酸，优选聚乙烯。
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