CN112627950A - 一种尾气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尾气净化器，属于汽车尾气处理技术领域。本发明所述尾气净化器包括壳体和陶瓷载体，所述壳体内设置有陶瓷载体，所述壳体由如下质量百分比的组分制成：Mg：1.2‑2.0％、Si：0.4‑1.0％、Zr：0.05‑0.1％、Ti：1.5‑3.0％、Ce：0.08‑0.5％、La2O3：1.5‑2.0％、SiC：1.5‑2.5％、余量为Al及不可避免的杂质，采用特定配方的壳体，不仅使得尾气净化器具有优异的抗拉强度和屈服强度，还具有较好的耐腐蚀性能，能承受外界较大冲击及强酸碱腐蚀。

Description

一种尾气净化器
技术领域
本发明涉及一种尾气净化器，属于汽车尾气处理技术领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，汽车保有量呈快速增长的态势，进 而汽车尾气排放也成为了空气污染的重要来源。汽车尾气的污染 物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮化物(NOx)、 二氧化硫(SO2)和微粒物质(铅化物、碳烟等)，这些污染物对 人类健康有直接威胁，还会造成酸雨和光化学烟雾，对动植物也 有巨大的威胁。
面对尾气排放日趋严重，研究者们致力于开发各种新型净化 器对尾气进行净化处理，效果也比较显著，但在实际应用过程中 也暴露了一些实际问题，尾气净化器工作的环境非常复杂，汽车 运行时要经过启动、加速、匀速、减速等一系列工作过程，在这 种复杂多变的环境下，净化器壳体很容易受到损坏，缩短其使用 寿命，无法满足尾气处理的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种 在复杂环境下仍具有良好综合性能的尾气净化器。
本发明的上述目的可以通过下述技术方案来实现：一种尾气 净化器，所述净化器包括壳体和陶瓷载体，所述壳体内设置有陶 瓷载体，所述壳体由如下质量百分比的组分制成：Mg：1.2-2.0％、Si：0.4-1.0％、Zr：0.05-0.1％、Ti：1.5-3.0％、Ce：0.08-0.5％、 La2O3：1.5-2.0％、SiC：1.5-2.5％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明原料中添加Mg对铝有较佳的强化效果，每增加 1％Mg，合金的抗拉强度约提高30MPa；添加少量的Zr，在熔体 中可以起到异质形核的作用对铝合金进行细化，提高铝合金的力 学性能；Ti的加入能够细化合金的晶粒组织，降低合金的热裂倾 向；纳米La2O3与铝基体产生共格关系，起共格韧化的作用，使 得合金表现出优异的高低温力学性能；少量的Ce与Al形成 Al2Ce第二相，能有效提高合金耐热性；适量的SiC能提高铝合 金的强度。
作为优选，所述壳体组分中Ti/Si的质量比为(4-6)：1。在 本发明原料组分的基础上Ti/Si质量比小于4时，合金结构稳定性 会不断下降，当Ti/Si的质量比大于6时，合金的力学性能会降低， 因此，原料中Ti/Si的质量比控制在(4-6)：1范围比较适宜。
作为优选，所述壳体组分SiC需经过表面氧化处理，具体过 程为：将SiC加热至1000℃-1200℃，保温2-3h。经过表面氧化 处理的SiC在表层形成SiO2，而SiO2与Al反应生成会生成Si， 固溶于Al中，生成的A12O3可以改善SiC在Al中的润湿性，使 其与铝合金基体更好的结合。
作为优选，所述陶瓷载体为碳化硅、氮化硅、堇青石中的至 少一种。
作为优选，所述陶瓷载体表面涂覆有复合涂层，所述复合涂 层由复合浆料经高温固化而成，所述复合浆料包括如下重量份的 组分组成γ-Al2O3：60-85份、水玻璃：35-50份、锆盐：6-10份、 MgO：2-5份、硫酸铝：20-40份、聚乙烯醇：8-15份、尿素：5-10 份、去离子水：18-30份。
本发明以传统大比表面积γ-Al2O3为基体原料，向其中加入水 玻璃和硫酸铝，二者发生双水解反应形成白色凝胶液，其主要成分 包括Al(OH)3、H2SiO3，γ-Al2O3在聚乙烯醇的分散作用下均匀分 散于凝胶液，由于凝胶具有一定的粘度，与将γ-Al2O3直接分散在 去离子水中形成的涂层浆料相比，采用凝胶浆料涂敷会与载体产生 更好的黏合力度，另外涂层在高温下焙烧固化时，Al(OH)3、H2SiO3分解为Al2O3和SiO2，间接生成的Al2O3可以补偿涂层中γ-Al2O3的含 量γ-Al2O3在1000-1100℃时可转化为α相，使其比表面积显著降低， 生成的SiO2不仅可以缩小涂层与载体的热膨胀系数，增加涂层与基 体的相容性，而且还可以防止γ-Al2O3高温相转变，提高涂层的高 温稳定性。锆盐的加入可以对凝胶起到改性作用，使凝胶中的部分 硅铝骨架发生晶格畸变，不仅能提高凝胶的结晶度，还能使固化后 的涂层具有更小的粒径，更大的比表面积。添加的少量尿素会发生 水解反应，增加体系碱度，有助于凝胶的形成。MgO的加入可以 降低浆料在固熔度极限附近下的结块速率，防止结块相变发生。
本发明的第二个目的是提供一种上述尾气净化器的制备方 法，包括如下制备步骤：
S1、称取Al、Mg、Si、Zr、Ti、Ce、La2O3、SiC，并置于球 磨机中进行球磨，得混合均匀的合金粉；将合金粉压制成毛坯， 再进行烧结；
S2、对烧结后的坯体涂覆涂层液，固化干燥得净化器壳体；
S3、配制硫酸铝溶液，并在搅拌下加到水玻璃中，制得凝胶 液；边搅拌边向凝胶液中依次加入γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿 素、锆盐、去离子水，形成均匀的复合浆料
S4、将载体浸沒在浆料中，进行涂敷；对涂敷的浆料进行焙 烧固化，获得带有涂层的载体；
S5：将带有涂层的载体浸没在活性材料溶液中，然后干燥， 再与壳体进行组装，制得尾气净化器。
作为优选，所述步骤S1中球磨转速为200-240r/min，球磨时 间为12-24h。
作为优选，所述步骤S1中制坯压力为80-100MPa，烧结温度 为600-700℃，烧结时间为2-4h。
作为优选，所述步骤S2中涂层液包括以下重量份数的组分 钼酸铵：40-60份、锆酸：10-15份、草酸：4-9份、去离子水： 40-50份。在草酸作用下，钼酸铵与锆酸形成一种碱式配位化合 物，该化合物中包含结合力较强的钼锆基，将含有钼锆基的配合 物溶液涂覆在合金表面，不仅能够起到封孔作用而且还阻隔合金 与酸碱介质的直接接触，使净化器外壳耐蚀性能大幅度提升。
作为优选，所述步骤S4中浆料的涂敷量占载体总量的 30-35％。
作为优选，所述步骤S4中焙烧温度为500-600℃，时间为 1-2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明净化器采用特定配方的壳体，不仅具有优异的抗 拉强度和屈服强度，还具有较好的耐腐蚀性能，能承受外界较大 冲击及强酸碱腐蚀。
(2)本发明制备工艺简单，获得的尾气净化器不仅力学性能、 耐蚀性能优异，还具有结合力突出的催化涂层。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进 一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本 发明的实施例中所采用部件均为本领域常用部件，实施例中所采用 的方法，均为本领域的常规方法。
Ti/Si的质量比为(4-6)：1。SiC加热至1000℃-1200℃，保温 2-3h。
实施例1
按如下质量百分比的组分Mg：1.2％、Si：0.4％、Zr：0.05％、Ti：1.6％、Ce：0.08％、La2O3：1.％、SiC：1.5％、余量为Al及 不可避免的杂质称取原料，并置于转速为200r/min的球磨机中球 磨12h，得混合均匀的合金粉；将合金粉于80MPa下压制成毛坯， 再于600℃，烧结2h；所述碳化硅在1000℃下氧化处理2h；
对烧结后的坯体涂覆重量份数如下的涂层液钼酸铵：40份、 锆酸：10份、草酸：4份、去离子水：40份，固化干燥得净化器 壳体；
称取如下重量份的涂层浆料组分γ-Al2O3：60份、水玻璃：35 份、氧氯化锆：6份、MgO：2份、硫酸铝：20份、聚乙烯醇：8 份、尿素：5份、去离子水：18份，备用；
将硫酸铝用去离子水配制成浓度为3.5mol/L溶液，并在搅拌 下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入 γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、氧氯化锆、剩余去离子水，形 成均匀的复合浆料，滴加0.1mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液 调节浆料pH值约为9.5；将堇青石载体浸沒在浆料中，进行涂敷， 涂敷量占载体总量的30％；对涂敷的浆料进行于500℃下焙烧1h， 获得带有涂层的堇青石载体；
将带有涂层的堇青石载体浸没在质量浓度为12％的硝酸铂 溶液中，然后于105℃干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化 器。
实施例2
按如下质量百分比的组分Mg：1.4％、Si：0.6％、Zr：0.06％、 Ti：2.5％、Ce：0.15％、La2O3：1.6％、SiC：1.8％、余量为Al及 不可避免的杂质称取原料，并置于转速为210r/min的球磨机中球 磨15h，得混合均匀的合金粉；将合金粉于85MPa下压制成毛坯， 再于620℃，烧结2h；所述碳化硅在1050℃下氧化处理2h；
对烧结后的坯体涂覆重量份数如下的涂层液钼酸铵：45份、 锆酸：12份、草酸：5份、去离子水：45份，固化干燥得净化器 壳体；
称取如下重量份的涂层浆料组分γ-Al2O3：65份、水玻璃：40 份、硝酸锆：6-10份、MgO：3份、硫酸铝：25份、聚乙烯醇： 10份、尿素：6份、去离子水：20份，备用；
将硫酸铝用去离子水配制成浓度为3.6mol/L溶液，并在搅拌 下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入 γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、硝酸锆、剩余去离子水，形成 均匀的复合浆料，滴加0.13mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调 节浆料pH值约为10；将氮化硅载体浸沒在浆料中，进行涂敷， 涂敷量占载体总量的32％；对涂敷的浆料进行于520℃下焙烧1h， 获得带有涂层的氮化硅载体；
将带有涂层的氮化硅载体浸没在质量浓度为12％的硝酸铂 溶液中，然后于105℃干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化 器。
实施例3
按如下质量百分比的组分Mg：1.5％、Si：0.5％、Zr：0.07％、 Ti：3.0％、Ce：0.25％、La2O3：1.8％、SiC：2.0％、余量为Al及 不可避免的杂质称取原料，并置于转速为200-240r/min的球磨机 中球磨18h，得混合均匀的合金粉；将合金粉于90MPa下压制成 毛坯，再于650℃，烧结3h；所述碳化硅在1100℃下氧化处理3h；
对烧结后的坯体涂覆重量份数如下的涂层液：钼酸铵：50份、 锆酸：13份、草酸：6份、去离子水：45份，固化干燥得净化器 壳体；
称取如下重量份的涂层浆料组分γ-Al2O3：70份、水玻璃：45 份、硫酸锆：8份、MgO：3份、硫酸铝：30份、聚乙烯醇：12 份、尿素：7份、去离子水：25份，备用；
将硫酸铝用去离子水配制成浓度为4.0mol/L溶液，并在搅拌 下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入 γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、硫酸锆、剩余去离子水，形成 均匀的复合浆料，浆料pH值约为10.5；将碳化硅载体浸沒在浆 料中，进行涂敷，涂敷量占载体总量的32％；对涂敷的浆料进行 于550℃下焙烧2h，获得带有涂层的碳化硅载体；
将带有涂层的碳化硅载体浸没在质量浓度为12％的硝酸铂 溶液中，然后于105℃干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化 器。
实施例4
按如下质量百分比的组分：Mg：1.8％、Si：0.4％、Zr：0.05-0.1％、 Ti：2.0％、Ce：0.4％、La2O3：1.9％、SiC：2.3％、余量为Al及 不可避免的杂质称取原料，并置于转速为230r/min的球磨机中球 磨22h，得混合均匀的合金粉；将合金粉于95MPa下压制成毛坯， 再于680℃，烧结3h；所述碳化硅在1150℃下氧化处理2h；
对烧结后的坯体涂覆重量份数如下的涂层液：钼酸铵：55份、 锆酸：14份、草酸：8份、去离子水：48份，固化干燥得净化器 壳体；
称取如下重量份的涂层浆料组分γ-Al2O3：80份、水玻璃：48 份、硝酸锆：9份、MgO：4份、硫酸铝：35份、聚乙烯醇：13 份、尿素：8份、去离子水：25份，备用；
将硫酸铝用去离子水配制成浓度为4.0mol/L溶液，并在搅拌 下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入 γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、硝酸锆、剩余去离子水，形成 均匀的复合浆料，浆料pH值约为10.8；将碳化硅载体浸沒在浆 料中，进行涂敷，涂敷量占载体总量的34％；对涂敷的浆料进行 于580℃下焙烧固化2h，获得带有涂层的碳化硅载体；
将带有涂层的碳化硅载体浸没在质量浓度为12％的硝酸铂 溶液中，然后于105℃干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化 器。
实施例5
按如下质量百分比的组分Mg：2.0％、Si：0.5％、Zr：0.1％、 Ti：3.0％、Ce：0.5％、La2O3：2.0％、SiC：2.5％、余量为Al及 不可避免的杂质称取原料，并置于转速为240r/min的球磨机中球 磨24h，得混合均匀的合金粉；将合金粉于100MPa下压制成毛 坯，再于700℃，烧结4h；所述碳化硅在1200℃下氧化处理2h；
对烧结后的坯体涂覆重量份数如下的涂层液钼酸铵：60份、 锆酸：15份、草酸：9份、去离子水：50份，固化干燥得净化器 壳体；
称取如下重量份的涂层浆料组分γ-Al2O3：85份、水玻璃：50 份、氧氯化锆：10份、MgO：5份、硫酸铝：40份、聚乙烯醇： 15份、尿素：10份、去离子水：30份，备用；
将硫酸铝用去离子水配制成浓度为4.2mol/L溶液，并在搅拌 下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入 γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、氧氯化锆、剩余去离子水，形 成均匀的复合浆料，浆料pH值约为11；将碳化硅载体浸沒在浆 料中，进行涂敷，涂敷量占载体总量的35％；对涂敷的浆料进行 于600℃下焙烧2h，获得带有涂层的碳化硅载体；
将带有涂层的碳化硅载体浸没在质量浓度为12％的硝酸铂 溶液中，然后于105℃干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化 器。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体原料组分中Ti 的质量百分比为3.0％，Si的质量百分比为1.0％。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体原料组分中Ti 的质量百分比为3.0％，Si的质量百分比为0.4％。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体原料组分中不含有 La2O3。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体原料组分中不含有 SiC。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体原料组分中含有的 SiC未经过表面氧化处理。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，尾气净化器壳体在制备过程中不涂 覆涂层液。
对比例5
与实施例1-3的区别在于，采用的涂层浆料为各自等量的如下 组分γ-Al2O3、聚乙烯醇、去离子水。
对实施例1-7及对比例1-5中的尾气净化器进行性能测试，测试 方法分别如下
(1)按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》测试尾 气净化器的抗拉强度及屈服强度；
(2)按照GB6458-86，采用浓度为50g/L的氯化钠溶液进行喷 雾试验；
(3)尾气净化器涂层与载体结合程度采用冲蚀实验，用 12L/min的水流冲蚀已涂覆涂层的蜂窝陶瓷载体15min，再用压力为 0.5MPa，流速为8m/s的氩气吹扫10min，重复进行3次，计算三次 平均值。用电子天平称量冲蚀前后蜂窝陶瓷载体的质量，计算涂层 脱落率。
实施例1-7及对比例1-5中的尾气净化器性能测试结果如表1所 示：
表1：实施例1-7及对比例1-5中的尾气净化器性能测试结果
Figure BDA0002841478280000101
表1对比例5的测试数据为实施例1-3的三组平行试验数据。本 发明采用的载体材料不同，每种材料的膨胀系数不同，与涂层呈现 的结合程度就不同，所以实施例中平均脱落率在数值上会存在较大 差异。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。 本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各 种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神 或者超越所附权利要求书的范围。尽管对本发明已作出了详细的说 明并引证了一些具体实施例，但对本领域熟练技术人员来说，只要 不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种尾气净化器，其特征在于，所述净化器包括壳体和陶瓷载体，所述壳体内设置有陶瓷载体，所述壳体由如下质量百分比的组分制成：Mg：1.2-2.0％、Si：0.4-1.0％、Zr：0.05-0.1％、Ti：1.5-3.0％、Ce：0.08-0.5％、La2O3：1.5-2.0％、SiC：1.5-2.5％、余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的尾气净化器，其特征在于，所述壳体组分中Ti/Si的质量比为(4-6)：1。
3.根据权利要求1所述的尾气净化器，其特征在于，壳体组分SiC需经过表面氧化处理，具体过程为：将SiC加热至1000℃-1200℃，保温2-3h。
4.根据权利要求1所述的尾气净化器，其特征在于，所述陶瓷载体表面涂覆有复合涂层，所述复合涂层由复合浆料经高温固化而成，所述复合浆料包括如下重量份的组分组成γ-Al2O3：60-85份、水玻璃：35-50份、锆盐：6-10份、MgO：2-5份、硫酸铝：20-40份、聚乙烯醇：8-15份、尿素：5-10份、去离子水：18-30份。
5.一种如权利要求1所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下制备步骤：
S1、称取Al、Mg、Si、Zr、Ti、Ce、La2O3、SiC，并置于球磨机中进行球磨，得混合均匀的合金粉；将合金粉压制成毛坯，再进行烧结；
S2、对烧结后的坯体涂覆涂层液，固化干燥得净化器壳体；
S3、配制硫酸铝溶液，并在搅拌下加到水玻璃中，制得凝胶液；边搅拌边向凝胶液中依次加入γ-Al2O3、MgO、聚乙烯醇、尿素、锆盐、去离子水，形成均匀的复合浆料
S4、将载体浸沒在浆料中，进行涂敷；对涂敷的浆料进行焙烧，获得带有涂层的载体；
S5：将带有涂层的载体浸没在活性材料溶液中，然后干燥，再与壳体进行组装，制得尾气净化器。
6.根据权利要求5所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中球磨转速为200-240r/min，球磨时间为12-24h。
7.根据权利要求5所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中制坯压力为80-100MPa，烧结温度为600-700℃，烧结时间为2-4h。
8.根据权利要求5所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中涂层液包括以下重量份数的组分钼酸铵：40-60份、锆酸：10-15份、草酸：4-9份、去离子水：40-50份。
9.根据权利要求5所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中浆料的涂敷量占载体总量的30-35％。
10.根据权利要求5所述的尾气净化器的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中焙烧温度为500-600℃，时间为1-2h。
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