三元催化器及其制备方法
技术领域
本发明涉及净化领域,特别是涉及一种三元催化器及其制备方法。
背景技术
当前环境污染问题日益严重,世界各国对汽车尾气排放的要求和标准也越来越严格,汽车厂商为了达到规定的尾气排放标准,在汽车尾气排放系统中加装了三元催化器,三元催化器起到对HC、C0、N0x等有害气体进行净化的作用,对于解决汽车尾气污染问题发挥着极大的作用。
金属或者陶瓷载体是三元催化器的核心部件,在目前的常规技术条件下,整体式蜂窝陶瓷载体一般用堇青石挤压制成,它具有耐高温、热变形小的特点,但是缺点是导热性不好,升温慢,机械强度低,抗冲击破坏能力差。
发明内容
基于此,有必要提供一种节省材料、催化效率高、制造流程简单、生产周期短的三元催化器及其制备方法。
一种三元催化器,包括壳体以及载体,所述壳体具有容置腔以及与所述容置腔连通的进气口以及出气口,所述进气口以及所述出气口分别分布在所述壳体上的相对位置;所述载体填充在所述容置腔内,所述载体内设有蜂窝状的通道,且由所述进气口至所述出气口方向,所述蜂窝状的通道的孔隙密度由600目至400目线性变化。
在其中一个实施例中,所述壳体的进气口处以及出气口处均设有端盖。
在其中一个实施例中,所述载体的外侧壁与所述容置腔的内壁接触配合。
在其中一个实施例中,所述载体呈圆柱体状。
在其中一个实施例中,所述载体包括外壳结构以及多个蜂窝单元,所述外壳结构呈两端开口的筒状;所述蜂窝单元具有三个蜂窝柱,三个所述蜂窝柱的中部连接且呈相互垂直;多个所述蜂窝单元连接并填充在所述外壳结构内形成所述载体,在由所述进气口至所述出气口方向上的径向截面上,相邻的多个所述蜂窝单元之间构成所述蜂窝状的通道。
一种三元催化器的制备方法,包括如下步骤:
通过计算机三维模拟具有容置腔及相对设置的进气口以及出气口的壳体的结构;
通过计算机三维模拟载体的结构,所述载体内具有蜂窝状的通道,且由进气口至出气口方向,所述载体的孔隙密度由600目线性梯度渐变为400目;
在选区激光熔化设备中预设参数,在基板上通过所述选区激光熔化设备在成型气氛中打印所述壳体以及填充在所述壳体内的所述载体形成三元催化器;
将所述三元催化器与所述基板线切割分离;
对所述三元催化器进行后处理。
在其中一个实施例中,所述选区激光熔化设备的激光器采用额定功率为400W的光纤激光器。
在其中一个实施例中,所述选区激光熔化设备进行打印时包括如下步骤:所述载体的数据模型被切片分层呈多层,其中每一分层厚度为5μm-10μm,所述选区激光熔化设备在第n层与第n+1层的激光成型光路路径呈67°夹角。
在其中一个实施例中,所述选区激光熔化设备的激光成型功率185W-375W,激光扫描速度为900mm/s-2500mm/s,激光扫描间距为0.06mm-0.16mm,所述选区激光熔化设备的铺粉层厚为20μm-60μm,成型气氛为氩气。
在其中一个实施例中,所述后处理包括热处理、CNC精加工、壳体抛光以及涂覆催化剂活性涂层;其中,其所述热处理温度为400℃-530℃,保温时间为4小时-6小时,随炉冷却;所述涂覆催化剂活性涂层采用对所述三元催化器浸渍法后再进行烧结处理的方式完成。
上述的三元催化器,在壳体内设置了载体,载体由一端至相对的一端贯穿有多个通道使得载体呈蜂窝状;由进气口至出气口方向,载体的孔隙由600目至400目线性变化;上述的载体克服了陶瓷载体的不足,几何表面积和孔密度大。由于三元催化器壳体与载体一体化成型,其使用寿命、结合强度有很大的提高,实现了更高的催化效率。上述的三元催化器,薄壁、高集成度的整体式蜂窝状的载体的设计和制造要求,突破传统减材制造对死板的三元催化器的设计要求,在少装配的基础上实现了金属载体的一体化成型,减少配件,节约材料,通过改进三元催化器的结构,实现了蜂窝状的载体孔隙密度呈梯度渐变,提高了催化效率,通过简化成型工序,进一步缩短了制造周期。
附图说明
图1为一实施例涉及的三元催化器图;
图2为图1所示三元催化器的蜂窝单元示意图;
图3为图1所示三元催化器的载体的外壳结构示意图。
附图标记说明
10、三元催化器;100、壳体;200、载体;210、蜂窝单元;220、外壳结构。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1所示,本实施例涉及了一种三元催化器10。该包括壳体100以及载体200。
参见图1所示,壳体100具有容置腔以及与容置腔连通的进气口以及出气口。进气口以及出气口分布壳体100上的相对位置。载体200内设有蜂窝状的通道。载体200填充在容置腔内。由进气口至出气口方向,载体200的孔隙密度由600目至400目线性变化。
在本实施例中,参见图1所示,壳体100的进气口处以及出气口处均设有端盖,其中一个端盖用于封闭或者打开进气口,另一个端盖用于打开或者关闭出气口。
在本实施例中,参见图1所示,进一步的,载体200的外侧壁与容置腔的内壁接触配合。
在本实施例中,参见图1所示,进一步的,载体200呈圆柱体状。
进一步的,参见图1及图2所示,载体200包括外壳结构以及多个蜂窝单元210,外壳结构呈两端开口的筒状。蜂窝单元210具有三个蜂窝柱,三个蜂窝柱的中部连接且相互垂直;参见图3所示,多个蜂窝单元210连接后并填充在两端开口且中空的外壳结构中之后形成载体200。在由进气口至出气口方向上的径向截面上,相邻的多个蜂窝单元210之间构成蜂窝状的通道。
本实施例还涉及了一种三元催化器10的制备方法。该三元催化器10的制备方法包括如下步骤:
按照设计规程用计算机设计三元催化器10的具有容置腔及相对设置的进气口以及出气口的壳体100结构;然后用计算机设计蜂窝单元210的结构,蜂窝单元210的蜂窝柱长度为1mm,蜂窝单元210的体积为1mm3;然后用计算机设计蜂窝状的载体200的外壳结构220;然后在3-matic中,用多个蜂窝单元210去填充上述的外壳结构220形成上述载体200。
载体200的孔隙密度设计在400-600目之间变化,且由进气口至出气口方向,载体200的孔隙密度由600目线性梯度渐变为400目。
在选区激光熔化设备中预设参数,通过选区激光熔化设备在成型气氛中并在基板上打印壳体100以及载体200形成三元催化器10。选区激光熔化设备的激光器采用额定功率为400W的光纤激光器。
在本实施例中,选区激光熔化设备进行打印时包括如下步骤:载体200的数据模型被切片分层呈多层,其中每一分层厚度为5μm-10μm,选区激光熔化设备在第n层与第n+1层的激光成型光路路径呈67°夹角。在本实施例中,选区激光熔化设备的激光成型功率185W-375W,激光扫描速度为900mm/s-2500mm/s,激光扫描间距为0.06mm-0.16mm,选区激光熔化设备的铺粉层厚为20μm-60μm,成型气氛为氩气。
将三元催化器10与基板线切割分离。
对三元催化器10进行后处理。后处理包括热处理、CNC精加工、壳体100抛光以及涂覆催化剂活性涂层;其中,其热处理温度为400℃-530℃,保温时间为4小时-6小时,随炉冷却;涂覆催化剂活性涂层采用对三元催化器10浸渍法后再进行烧结处理的方式完成。
实施例1
实施例1采用316L不锈钢金属粉末材料制造一体化的三元催化器10。首先,按照设计规程用计算机设计三元催化器10的壳体100结构,壳体100的直径为140mm,长150mm;;参见图2所示,然后用计算机设计蜂窝单元210的结构,蜂窝单元210的蜂窝柱长度为1mm,蜂窝单元210的体积为1mm3;参见图3所示,然后用计算机设计蜂窝状的载体200的外壳结构220;参见图3所示,然后在3-matic中,用多个蜂窝单元210去填充上述的外壳结构220形成上述载体200,孔隙大小由蜂窝状单元结构缩放比列调控,最终得到从进气口到出气口蜂窝状的载体200的孔隙由600目到400目线性变化。然后在magics中导入计算机设计的三元催化器10的壳体100结构的模型以及孔隙线性变化的蜂窝状的载体200,得到三元催化器10的结构;然后通过Magics逆向工程软件,修复三元催化器10模型三维数据中的错误;然后再将修复好的模型数据以10μm为单位切片分层;然后处理经切片分层模型数据,生成光路中第n层与第n+1层呈67°夹角的激光成型光路的光路数据;然后再将光路数据传入打印设备EOSM290,调整基板,充入保护气氛,基板预热;当所有准备工作完成后,开始选区激光熔化成型,成型保护气氛为氩气,采用额定功率为400w的光纤激光器,其中壳体100的成型激光功率为285w,扫描速度为1300mm/s,扫描间距为0.11mm,铺粉层厚为20μm,蜂窝状的载体200的成型激光功率为325w,扫描速度为2200mm/s,扫描间距为0.08mm,铺粉层厚为20μm;成型结束后,取出三元催化器10与基板,使用线切割将三元催化器10与基板分开,切割方式为直线水平切割;然后对三元催化器10放入真空热处理炉,510℃保温5小时,然后随炉冷却至室温取出;然后将三元催化器10送去CNC精加工至使用尺寸,再进行抛光处理;最后使用浸渍法后再进行烧结处理在金属蜂窝状的载体200上涂覆氧化铝催化剂活性涂层。由于三元催化器10的壳体100与梯度孔隙密度的蜂窝金属状载体200一体化成型,其使用寿命、结合强度有很大的提高,并且实现了更高的催化效率。
实施方式2
实施例2采用310不锈钢金属粉末材料制造一体化三元催化器10。首先,按照设计规程用计算机设计三元催化器10的壳体100结构,壳体100的直径为120mm,长150mm;然后用计算机设计蜂窝单元210的结构,蜂窝单元210的蜂窝柱长度为1mm,蜂窝单元210的体积为1mm3;然后用计算机设计蜂窝状的载体200的外壳结构220;然后在3-matic中,用多个蜂窝单元210去填充上述的外壳结构220,孔隙大小由蜂窝状单元结构缩放比列调控,最终得到从进气口到出气口蜂窝状的载体200的孔隙由600目到400目线性变化。然后在magics中导入计算机设计的三元催化器10的壳体100结构的模型以及孔隙线性变化的蜂窝状的载体200,得到三元催化器10的结构;然后通过Magics逆向工程软件,修复三元催化器10模型三维数据中的错误;然后再将修复好的模型数据以10μm为单位切片分层;然后处理经切片分层模型数据,生成光路中第n层与第n+1层呈67°夹角的激光成型光路的光路数据;然后再将光路数据传入打印设备EOSM290,调整基板,充入保护气氛,基板预热;当所有准备工作完成后,开始选区激光熔化成型,成型保护气氛为氩气,采用额定功率为400w的光纤激光器,其中壳体100的成型激光功率为295w,扫描速度为1160mm/s,扫描间距为0.11mm,铺粉层厚为30μm,蜂窝状的载体200的成型激光功率为305w,扫描速度为1760mm/s,扫描间距为0.08mm,铺粉层厚为40μm;成型结束后,取出三元催化器10与基板,使用线切割将三元催化器10与基板分开,切割方式为直线水平切割;然后对三元催化器10放入真空热处理炉,400℃保温4小时,空冷;然后将三元催化器10送去CNC精加工至使用尺寸,再进行抛光处理;最后使用浸渍法后再进行烧结处理在金属蜂窝状的载体200上涂覆氧化铝催化剂活性涂层。
上述的三元催化器10,在壳体100内设置了载体200,载体200由一端至相对的一端贯穿有多个通道使得载体200呈蜂窝状;由进气口至出气口方向,载体200的孔隙由600目至400目线性变化;上述的载体200克服了陶瓷载体200的不足,几何表面积和孔密度大。由于三元催化器10的壳体100与载体200一体化成型,其使用寿命、结合强度有很大的提高,实现了更高的催化效率。上述的三元催化器10,薄壁、高集成度的整体式蜂窝状的载体200的设计和制造要求,突破传统减材制造对死板的三元催化器10的设计要求,在少装配的基础上实现了金属载体200的一体化成型,减少配件,节约材料,通过改进三元催化器10的结构,实现了蜂窝状的载体200孔隙密度呈梯度渐变,提高了催化效率,通过简化成型工序,进一步缩短了制造周期。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。