CN1124180C - 在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属载体制备技术领域。本发明所提供的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于将稀土铁铬铝合金箔材在空气中加热预氧化，氧化温度870～930℃，氧化时间10～24h，然后将氧化后的金属合金箔材直接浸入Al(OH)3胶体溶液，控制Al(OH)3胶体溶液浓度为1.10～1.20g/ml，经过至少4次浸渍、加热分解过程，当金属合金箔材增重达10～20%(重量百分比)时，最终加热分解温度为520～580℃，时间2～4h。通过该方法在金属载体表面制备出的活性氧化铝层为多孔结构，与金属基体结合较好。该活性氧化铝层可用于金属载体表面催化剂的担载。
Description
一、技术领域
本发明属于金属载体制备技术领域。
二、背景技术
由于采用金属载体可以实现减小净化器对汽车尾气排放的阻力，并同时提高净化器对尾气的净化效果，延长净化器的使用寿命，目前在德国、日本和美国等发达国家金属载体研究已成为净化器的研究热点之一，采用金属载体无疑是净化器的发展方向。在对金属载体的研究中，必须解决几个方面的问题：(1)提高金属载体本身的高温抗氧化性能；(2)用于催化剂活性组分担载的活性氧化铝层在金属载体上的形成；(3)活性氧化铝层的热稳定性；(4)催化剂的担载方法。目前国内外所进行的研究主要集中在(1)和(3)上，对(2)和(4)两个方面的研究报道极少。
在金属载体上可以采用与陶瓷载体相似的溶胶—凝胶法在经预处理的金属载体表面附着活性氧化铝层。但是由于氧化后金属载体表面状态与陶瓷载体基体的表面状态不同，因此不可能与陶瓷载体采取相同的工艺方法在氧化合金箔材表面制备活性氧化铝层。
三、发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种在金属载体表面制备活性氧化铝层的的方法。通过该方法所形成的活性氧化铝层用于金属载体表面催化剂的担载。
本发明所提供的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)将稀土铁铬铝合金箔材在空气中加热预氧化，氧化温度870～930℃，氧化时间10～24h；(2)将氧化后的金属合金箔材直接浸入Al(OH)3胶体溶液，控制Al(OH)3胶体溶液浓度为1.10～1.20g/ml，经过至少4次浸渍、每次浸渍后经过3次加热分解过程，第一次加热分解温度为200℃，时间30min；第二次加热分解温度为400℃，时间30min；第三次加热分解温度为500℃，时间30min，当金属合金箔材增重达10～20％(重量百分比)时，最终加热分解温度为520～580℃，时间2～4h。
以上所述的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于步骤(1)中的氧化温度为900℃。
以上所述的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于步骤(2)中的最终加热分解温度为550℃。
见表1，表1为氧化工艺对胶体浸渍的影响。其结果表明，在870～930℃的温度范围内，在空气中加热氧化后的合金箔材被Al(OH)3胶体溶液完全浸润，凝固后的Al(OH)3胶体与氧化箔材表面的结合越好。在900℃、氧化时间10～24h，凝固后的Al(OH)3胶体与氧化箔材的结合情况，均达到很好的效果。氧化温度在800℃和1000℃时，虽然氧化后的合金箔材被Al(OH)3胶体溶液完全浸润，但凝固后的Al(OH)3胶体与氧化箔材表面发生了较大的开裂，说明结合性变差。
为使凝胶层变薄采取溶胶稀释的方法使溶胶浓度降低。表2为溶胶浓度对附着的氧化铝层的影响。从表2可以看出，溶胶浓度在1.25g/ml时，附着在金属基体表面的溶胶干燥后凝胶层会过厚，造成加热时凝胶层破碎。因此溶胶浓度需控制在1.10～1.20g/ml。由于不可能通过一次浸渍使金属载体表面附着的氧化铝层达到可以满足实用要求的厚度，所以必须通过多次“浸渍—加热分解”的过程。不难理解，其中的加热温度必然直接影响附着层的质量。一方面，浸渍凝固后的Al(OH)3胶体在加热过程中将失去胶体中的结晶水，形成多孔结构的活性氧化铝层，加热温度将决定胶体失去结晶水的速度，从而决定最终形成的活性氧化铝层中的微孔结构；另一方面，由于附着的氧化铝层与氧化箔材基体的热膨胀率不同，因此在加热过程中将产生应力，如果加热方式不适当，则可能引起附着的活性氧化铝层从金属基体上脱落。经过多次“浸渍—加热分解”后，当载体增重达到10～20％(重量百分比)时，将次“浸渍—加热分解”后，当载体增重达到10～20％(重量百分比)时，将进行较长时间的最终加热分解以得到完全的多孔活性氧化铝层，最终加热分解温度是决定活性氧化铝层微孔结构以及活性氧化铝层与氧化箔材基体间附着性的主要因素。
表3为附着的氧化铝层及其与金属基体的结合情况。从表3中扫描电子显微镜观察结果表明，在550℃ 2h加热后的活性氧化铝层与金属基体结合较好，而且具有较好的看似疏松的氧化物结构，而500℃ 2h加热后的活性氧化铝层与金属基体结合较差，600℃ 2h加热后氧化铝层出现了结块，显然这将大大降低氧化铝层的空隙率及比表面积。因此，将最终加热分解温度控制在520～580℃。
四、具体实施方式
实施例：
例1：将市售的稀土铁铬铝合金箔材在加热氧化前用1200#SiC砂纸将表面磨光，然后在丙酮中用超声波将表面清洗干净，干燥后在空气中进行氧化，氧化温度900℃，氧化时间12h，将氧化后的金属箔材直接浸入Al(OH)3胶体溶液，控制Al(OH)3胶体溶液浓度为1.15g/ml，经过3次浸渍、加热分解过程，第1次加热分解温度为200℃，时间30min；第2次加热分解温度为400℃，时间30min；第3次加热分解温度为500℃，时间30min。当金属箔材增重达10％(重量百分比)时，最终加热分解温度为550℃，时间2h。最后得到与金属基体结合很好的多孔氧化铝层。
例2：将市售的稀土铁铬铝合金箔材在加热氧化前用1200# SiC砂纸将表面磨光，然后在丙酮中用超声波将表面清洗干净，干燥后在空气中进行氧化，氧化温度900℃，氧化时间12h，将氧化后的金属箔材直接浸入Al(OH)3胶体溶液，控制Al(OH)3胶体溶液浓度为1.15g/ml，经过3次浸渍、加热分解过程，第1次加热分解温度为200℃，时间30min；第2次加热分解温度为400℃，时间30min；第3次加热分解温度为500℃，时间30min。当金属箔材增重达10％(重量百分比)时，最终加热分解温度为550℃，时间2h。最后得到与金属基体结合很好的多孔氧化铝层。
表1氧化工艺对胶体浸渍的影响
| 序号 | 温度(℃) | 保温时间(h) | 溶胶浸润情况 | 凝胶结合情况 |
| 1 | 800 | 12 | 完全浸润 | 差 |
| 2 | 870 | 12 | 完全浸润 | 良好 |
| 3 | 900 | 10 | 完全浸润 | 好 |
| 4 | 900 | 12 | 完全浸润 | 好 |
| 5 | 900 | 24 | 完全浸润 | 好 |
| 6 | 930 | 6 | 完全浸润 | 良好 |
| 7 | 1000 | 12 | 完全浸润 | 差 |
表2溶胶浓度对附着的氧化铝层的影响
| 序号 | Al(OH)3溶胶浓度(g/ml) | 550℃热解后表面情况 |
| 1 | 1.10 | 氧化铝层无明显脱落 |
| 2 | 1.15 | 氧化铝层无明显脱落 |
| 3 | 1.20 | 氧化铝层无明显脱落 |
| 4 | 1.25 | 氧化铝层明显脱落 |
表3附着的氧化铝层及其与金属基体的结合情况
| 最终加热分解温度(℃) | 时间(h) | 扫描电子显微镜观察结果 |
| 500 | 2 | 氧化铝层为多孔结构，与金属基体结合差 |
| 550 | 2 | 氧化铝层为多孔结构，与金属基体结合好 |
| 600 | 2 | 氧化铝层中出现结块，与金属基体结合好 |
Claims (3)
1、一种在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)将稀土铁铬铝合金箔材在空气中加热预氧化，氧化温度870～930℃，氧化时间10～24h；(2)将氧化后的金属合金箔材直接浸入Al(OH)3胶体溶液，控制Al(OH)3胶体溶液浓度为1.10～1.20g/ml，经过至少4次浸渍、每次浸渍后经过3次加热分解过程，第一次加热分解温度为200℃，时间30min；第二次加热分解温度为400℃，时间30min；第三次加热分解温度为500℃，时间30min，当金属合金箔材增重达10～20％(重量百分比)时，最终加热分解温度为520～580℃，时间2～4h。
2、根据权利要求1所述的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于步骤(1)中的氧化温度为900℃。
3、根据权利要求1所述的在金属载体表面制备活性氧化铝层的方法，其特征在于步骤(2)中的最终加热分解温度为550℃。
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