DE112012001594T5

DE112012001594T5 - Beschichtungen für Motoren- und Triebwerks-Komponenten zur Verhinderung der Ansammlung von Ablagerungen

Info

Publication number: DE112012001594T5
Application number: DE201211001594
Authority: DE
Inventors: Wieland Koban; Dirk A. Großschmidt; Michael P. Galligan; Christopher R. Castellano; Kenneth E. Voss; Alexander Gorel
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2014-02-06
Also published as: US20120258266A1; WO2012138886A3; WO2012138886A2

Abstract

Bereitgestellt werden Verfahren und Komponenten, die sich auf das Verhindern einer Ansammlung von Kohlenwasserstoff-Rückständen in Motor-Komponenten beziehen. Die Verhinderung wird unter Anwendung einer Beschichtung von einem gemischten Metalloxid erreicht. Das gemischte Metalloxid umfasst ein Gemisch von mindestens zwei von Gd, Al, Ti, Ce, Pr, La, Y, Nd und Mn. Die Beschichtung kann auch Mengen von Edelmetallen, zum Beispiel Pt, Pd, Rh und/oder Au enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verbrennungsmotoren im Allgemeinen und insbesondere Beschichtungen zur Verhinderung der Ansammlung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen an Motoren- und/oder Triebwerks-Komponenten.
HINTERGRUND
Kolbenverbrennungsmotoren mit Vergaser oder Kraftstoff-Einspritzung sind bekannt. Diese Motoren haben üblicherweise mehrere Zylinder, wobei ein sich axial bewegender Kolben eine Verbrennungskammer einschließt. In diesen Verbrennungskammern findet eine Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, das in die Verbrennungskammer eingespeist wird, statt.
Ein allgegenwärtiges Problem dieser Verbrennungsmotoren ist die Bildung von Verkohlungsrückständen aus nicht verbranntem Kraftstoff und Schmieröl, die in den Motor gespeist werden. Diese Rückstände sind bituminöse und zum Teil sehr komplexe Gemische von Kohlenwasserstoffen. Die Rückstände werden auf verschiedenen Motor- und Triebwerks-Baugruppen abgeschieden und sammeln sich dort an. Dies schließt Ventile, Kolben-Oberflächen, Ansaugkanäle, Einspritz-Düsen und die obere Oberfläche der Verbrennungskammer ein. Diese Verkohlungsrückstände können sich zu einem derartigen Ausmaß ansammeln, insbesondere auf Einlassventilen, dass sie unerwünschte Änderungen in der Fluid-Dynamik oder im Verschluss-Verhalten des Ventils erzeugen. Verkohlungsrückstände können ebenfalls sehr negative Wirkungen auf andere Komponenten-Oberflächen der Verbrennungskammer ausüben (zum Beispiel die Kolben-Arbeits-Oberflächen). Ein weiteres häufig anzutreffendes Problem sind Ablagerungen, die sich auf Turboladern, hauptsächlich dem Kompressorgehäuse, ansammeln. Dies ist für Motoren mit positiver Kurbelgehäuse-Belüftung besonders problematisch. Somit gibt es einen Bedarf für Verfahren und Zusammensetzungen zum Verhindern einer derartigen Ansammlung.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Bereitstellen einer Beschichtung von gemischten Metalloxiden, umfassend mindestens zwei von Al, Ti, Gd, Ce, Pr, La, Y, Nd und Mn. Spezielle Ausführungsformen betreffen eine Beschichtung, umfassend ein Gemisch von Al, Ce, Zr, La, Pr und Pd.
Folglich bezieht sich ein Aspekt der Erfindung auf einen Gegenstand, umfassend eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente und eine auf die Motoren- oder Triebwerks-Komponente aufgetragene Beschichtung, wobei die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid umfasst, wobei das gemischte Metalloxid Ce, Pr, Al, Zr und La umfasst. In einer Ausführungsform ist die Motoren- oder Triebwerks-Komponente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Zylinderkopfhaube, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse, Verbrennungskammer, Abdeckung, Wirbel-Erzeuger und Kombinationen davon.
In einer anderen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die Beschichtung weiterhin ein Edelmetall. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Edelmetall Pd. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Beschichtung katalytisch aktiv. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Beschichtung Pd im Bereich von 1% bis 5% auf das Gewicht und Ceroxid im Bereich von 5% bis 60% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis, und Oxide von Seltenerden-Metallen im Bereich von 5–20% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis. In einer anderen Variante umfasst die Beschichtung weiterhin Lanthanoxid und Zirkoniumoxid in einer Menge von etwa 50% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis. In einer sehr speziellen Ausführungsform umfasst die Beschichtung etwa 3 Gew.-% Pd, etwa 30% Ceroxid, etwa 7 Gew.-% Oxide von Pr und La, etwa 40 Gew.-% Zirkoniumoxid und etwa 20 Gew.-% Aluminiumoxid.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung der Ansammlung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen auf Motoren- oder Triebwerks-Komponenten, wobei das Verfahren Auftragen einer Beschichtung auf eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente umfasst, wobei die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid umfasst, wobei das gemischte Metalloxid mindestens zwei Metalle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gd, Al, Ti, Ce, Pr, La, Y, Nd, Mn, Zr und Kombinationen davon, umfasst. In einer Ausführungsform ist die Motoren- oder Triebwerks-Komponente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Zylinderkopfhaube, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse, Verbrennungskammer und Kombinationen davon. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die Beschichtung durch Tauch-Beschichtung, thermisches Spritzen, Plasma-Spritzen, Airbrushing, Imprägnierung, Atomschicht-Abscheidung oder Kombinationen davon aufgetragen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beschichtung weiterhin ein Edelmetall. In anderen Varianten wird eine Ni/Al Bindungs-Schicht verwendet. In noch anderen Varianten wird die Beschichtung auf eine Metalloberfläche der Motoren- oder Triebwerks-Komponente aufgetragen.
In einer weiteren Ausführungsformen ist die Beschichtung katalytisch aktiv, um Verkohlungs-Rückstand zu verhindern, oder die Beschichtung wird durch Nach-Abscheidung oder Nach-Imprägnierung modifiziert, wodurch das Edelmetall auf der Oberfläche der Beschichtung bereitgestellt wird. In einer sehr speziellen Ausführungsform umfasst die Beschichtung etwa 3 Gew.-% Pd, etwa 30% Ceroxid, etwa 7 Gew.-% Oxide von Pr und La, etwa 40 Gew.-% Zirkoniumoxid und etwa 20 Gew.-% Aluminiumoxid.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Kurve, die das Verbrennungsprodukt CO, erhalten an Proben, beschichtet mit Katalysator, und unbeschichteten Proben zeigt;
2 ist eine Kurve, die das Verbrennungsprodukt CO₂, erhalten an Proben, beschichtet mit Katalysator, und unbeschichteten Proben zeigt;
3 ist eine Kurve, die das Verbrennungsprodukt CO, erhalten an Proben, beschichtet gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung, und einer Vergleichs-Probe zeigt; und
4 ist eine Kurve, die das Verbrennungsprodukt CO₂, erhalten an Proben, beschichtet gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung, und einer Vergleichs-Probe zeigt.
BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Vor dem Beschreiben verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des in der nachstehenden Beschreibung angeführten Aufbaus oder jener Verfahrensschritte begrenzt ist. Die Erfindung ist für andere Ausführungsformen geeignet und kann auf verschiedenen Wegen praktiziert oder ausgeführt werden.
Eine Ansammlung von Rückständen tritt als ein Ergebnis von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Schmieröl und Ruß auf. Das Problem der Ansammlung von Rückständen kann auf den Oberflächen von verschiedenen Motoren- und/oder Triebwerks-Komponenten, einschließlich Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Zylinderkopfhaube, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse, Abdeckung, Wirbel-Erzeuger und Verbrennungskammer, jedoch nicht darauf begrenzt, auftreten. In einer oder mehreren Ausführungsformen hat die Komponente Rillen oder Einbuchtungen auf der Oberfläche der Komponente.
Folglich bezieht sich ein Aspekt der Erfindung auf eine Beschichtung, die Ansammlung von Ablagerungen auf Motoren- und Triebwerks-Komponenten verhindert. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Gegenstands-Komponente, umfassend eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente und eine Beschichtung, aufgetragen auf die Motoren- oder Triebwerks-Komponente. Ohne eine Beschichtung würde mindestens etwas von der Oberfläche der Motoren- oder Triebwerks-Komponente den Kohlenwasserstoffen ausgesetzt sein. In einer Ausführungsform wird die Beschichtung auf eine Komponente aufgetragen, die sich auf der Einlassseite eines Turboladers, wie entgegengesetzt zu der Auslassseite, befindet.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Beschichtung bereit, die die Ansammlung von Ablagerungen am Auftreten hindert. Das heißt, der Rückstand, der sich normalerweise auf der Oberfläche von verschiedenen Motoren- und/oder Triebwerks-Komponenten ansammelt, hat niemals die Gelegenheit, sich auf diesen Oberflächen zu sammeln. Obwohl nicht durch eine besondere Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Beschichtung die Verbrennung der Rückstände bei niedrigen Temperaturen unterstützt. Es wird angenommen, dass die Beschichtung nicht als ein einfaches Repellant wirkt.
Die Beschichtung umfasst ein gemischtes Metalloxid, das mindestens zwei Metalle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Ti, Gd, Ce, Pr, La, Y, Nd, Zr und Mn, umfasst. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtung auch ein Edelmetall, zum Beispiel Pt, Pd, Rh und/oder Au. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Beschichtung katalytisch aktiv, um Kohlenwasserstoff-Ablagerungen auf Motor-Komponenten zu entfernen. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Beschichtung Pd und eine weitere Komponente, ausgewählt aus jenen, die vorstehend bereitgestellt wurden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtung Pd im Bereich von 1% bis 5% auf das Gewicht und Ceroxid im Bereich von 5% bis 60% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis und Oxide von Seltenerden-Metallen im Bereich von 5–20% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid, wobei das gemischte Metalloxid Ce, Pr, Al und La umfasst. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtung etwa 3 Gew.-% Pd, etwa 30% Ceroxid, etwa 7 Gew.-% Oxide von Pr und La, etwa 40 Gew.-% Zirkoniumoxid und etwa 20 Gew.-% Aluminiumoxid.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Metalloxide in Teilchen-Form. In speziellen Ausführungsformen sind Teilchen mit hoher Oberfläche, zum Beispiel von etwa 100 bis 500 Quadratmeter pro Gramm (”m²/g”) Oberfläche, insbesondere von etwa 150 bis 450 m²/g, vor allem von etwa 200 bis 400 m²/g, erwünscht, um so die katalytische(n) Metall-Komponente oder Komponenten darauf besser zu dispergieren. Die erste Schicht von feuerfestem Metalloxid ist ebenfalls wünschenswerterweise mesoporös und hat eine hohe Porosität von Poren mit einem Radius von bis zu 1456 Angström, zum Beispiel von etwa 0,75 bis 1,5 Kubikzentimeter pro Gramm (”cc/g”), insbesondere von etwa 0,9 bis 1,2 cc/g, und einen Porengrößen-Bereich von mindestens etwa 50%, wobei die Porosität durch Poren mit einem Radius von 50 bis 1000 Angström bereitgestellt wird. Für Aluminiumoxid-Teilchen kann es erwünscht sein, mesoporöses gamma-Aluminiumoxid, zum Beispiel GA-200, mit einer hohen Oberfläche bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung der Ansammlung von Rückständen. Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Ansammlung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen auf Motoren- oder Triebwerks-Komponenten, wobei das Verfahren das Auftragen einer Beschichtung auf eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente umfasst, wobei die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid umfasst, wobei das gemischte Metalloxid mindestens zwei Metalle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Ti, Ce, Pr, La, Y, Nd, Mn, Zr und Kombinationen davon, umfasst. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die aufgetragene Beschichtung weiterhin ein Edelmetall.
Die Beschichtung kann auf eine beliebige für Ablagerungen anfällige Motoren- oder Triebwerks-Komponente, einschließlich den Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse und Verbrennungskammer, jedoch nicht darauf begrenzt, aufgetragen werden. In einer speziellen Ausführungsform wird die Beschichtung auf eine Metall-Oberfläche der Motoren- oder Triebwerks-Komponente aufgetragen.
Die hierin beschriebenen Beschichtungen können unter Verwendung einer Vielzahl von Verfahren aufgetragen werden. Verschiedene Verfahren zur Anwendung schließen Tauch-Beschichtung, thermisches Spritzen, Plasma-Spritzen, Airbrushing, Imprägnierung und Atomschicht-Abscheidung ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. In einer Ausführungsform wird die Beschichtung über Suspensions-Plasma-Spritzen aufgetragen. In einer anderen Ausführungsform kann eine Ni/Al Bindungs-Schicht angewendet werden, um die thermische Stabilität der Beschichtung zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Nach-Abscheidungs- oder Nach-Imprägnierungs-Verfahren angewendet werden, um die Beschichtung zu verstärken. Um den Edelmetall-Gehalt der Beschichtung insgesamt zu vermindern, kann Nach-Imprägnierung angewendet werden, so dass das Edelmetall nur auf der Oberfläche vorliegen würde. Die andere keramische Schicht würde nur die Oberflächen-Anhaftung an dem Metall, wie eine Bindungs-Schicht, bereitstellen. Im Allgemein kann eine Aufschlämmung, die den geeigneten Gehalt an Feststoffen in % und die Rheologie erfüllt, in eine Vorrichtung gegeben werden, die mit Druckluft beaufschlagt wird, um ein Spritzmuster zu erzeugen, das aus feinen Tröpfchen besteht. Diese Vorrichtung könnte eine von einigen verschiedenen Einheiten bzw. Anlagen sein, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf: Farb-Spritz-Pistolen, Gas-Nebel-Spritz-Vorrichtungen und mit Druck beaufschlagte Spritzflaschen bzw. Sprayflaschen. Die verwendete Vorrichtung kann verschiedene Einstellungen aufweisen, eingestellt, um die Tröpfchengröße, Spritzmuster/-form und Menge an pro Zeiteinheit verspritzter Aufschlämmung zu steuern. Das Verfahren könnte mehrere Durchgänge mit der Spritz-Pistole beinhalten und könnte Trocknen und/oder Kalzinieren zwischen den Beschichtungen beinhalten. Verschiedene Schichten können auf diese Weise ebenfalls aufgetragen werden. Ein anderes Verfahren, das angewendet werden kann, ist Tauchen des Substrats in eine Aufschlämmung, dann die Verwendung einer Luftrakel, um überschüssige Aufschlämmung wegzublasen, bis eine gewünschte Beschichtung erreicht ist.
In einer Ausführungsform wird die Beschichtung unter Verwendung einer Suspensions-Plasma-Technik aufgetragen. Diese Technik umfasst das Suspendieren eines gemischten Metalloxids in einer Suspension; Zerstäuben der Aufschlämmung mit suspendiertem gemischtem Metalloxid in ein weiter unten beschriebenes Suspensionsplasma und Spritzen des Suspensionsplasmas auf einen Motor, ein Abgas-System oder eine Triebwerks-Komponente. Gegebenenfalls kann das Suspensionsplasma nur auf die Oberfläche des Motors, des Abgas-Systems oder der Triebwerks-Komponente gespritzt werden, die für Ansammlung von Rückständen anfällig ist.
Beispielhafte Suspensionsplasma-Spritz-Verfahren gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhalten verschiedene Verfahrensschritte. Erstens werden feste Teilchen in einer Flüssigkeit dispergiert und während des Verfahrens in Suspension gehalten. Zweitens wird die Suspension eingespeist und in eine Heizquelle eingespritzt. Nun sind die festen Teilchen in Suspension mindestens teilweise geschmolzen und treffen auf eine Oberfläche eines Gegenstands, um eine Abscheidung zu bilden. Die Heizquelle bei dem Plasma-Spritzen kann Elektro-Lichtbogen-Plasma, RF-Plasma oder Mikrowellenplasma einschließen, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Geeignete Beispiele für Suspensions-Plasma-Spritzen werden in US-Patent Nummern 5 609 921 , 6 277 448 und 4 376 010 beschrieben, wobei der gesamte Inhalt von jedem Patent hierin durch diesen Hinweis einbezogen ist.
Suspensions-Plasma-Spritzen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Plasma-Spritz-Abscheidungs-Verfahren zum Erzeugen einer Material-Abscheidung auf einem Substrat. Das Verfahren kann das Erzeugen einer Plasma-Entladung; Bereitstellen einer Suspension von einem abzuscheidenden Material, wobei diese Suspension kleine feste Teilchen von dem in einer flüssigen oder halbfesten Trägersubstanz dispergierten Material umfasst; Zerstäuben der Suspension zu einem Strom von feinen Tröpfchen und Einspritzen des Stroms von feinen Tröpfchen in die Plasma-Entladung; und mit Hilfe der Plasma-Entladung, (a) Verdampfen der Trägersubstanz, (b) Agglomerieren der kleinen Teilchen zu mindestens teilweise geschmolzenen Tröpfchen, (c) Beschleunigen dieser Tröpfchen, und (d) Aufspritzen der beschleunigten Tröpfchen auf das Substrat, um eine Abscheidung von Material zu erzeugen, umfassen.
Die Sonde zerstäubt die Suspension zu einem Strom von feinen Tröpfchen und spritzt diesen Strom von Tröpfchen im Allgemeinen mittig der Plasma-Entladung ein. Die Suspension wird dann Scherwirkung unterzogen und dabei zerstäubt, und in die Plasma-Entladung in Form von feinen Tröpfchen durch die Öffnung eingespritzt. Obwohl ein Beispiel eines Suspensions-Plasma-Spritz-Verfahrens und einer Vorrichtung hierin vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das beschriebene Verfahren sowie die beschriebene Vorrichtung begrenzt, und alternative Zerstäubungs-Verfahren stehen zur Verfügung, um die Suspension einer Scherwirkung zu unterziehen.
Der Strom von feinen Tröpfchen gelangt durch die Plasma-Entladung, um das Substrat zu erreichen. Wenn die Tröpfchen von der Suspension von der Öffnung zu dem Substrat gelangen, werden diese Tröpfchen verschiedenen physikochemischen Umwandlungen unterzogen. Die Suspension besteht im Allgemeinen aus kleinen in einem Lösungsmittel oder anderer Flüssigkeit oder halb-flüssiger Trägersubstanz suspendierten und dispergierten festen Teilchen. Wenn die feinen Tröpfchen der Suspension die Plasma-Entladung erreichen, verdampft zuerst das Lösungsmittel und der so gebildete Dampf zersetzt sich unter der extremen Wärme des Plasmas. Das verbleibende Aerosol von kleinen festen Teilchen agglomeriert dann zu Tröpfchen, die entweder vollständig oder teilweise geschmolzen und/oder verdampft werden. Die Plasma-Entladung beschleunigt die geschmolzenen Tröpfchen, die sich mit kinetischer Energie anreichern. Getragen durch diese kinetische Energie, treffen die Tropfen auf das Substrat. Die Vielzahl von Tropfen bildet auf dem Substrat eine Schicht von teilweise oder vollständig geschmolzenen Tropfen, die teilweise miteinander überlappen.
VERGLEICHS-BEISPIEL 1
Eine Beschichtung aus reinem Aluminium wurde auf einer Test-Planchette (Test-Täfelchen) hergestellt. Die Test-Planchette besteht aus reinem Aluminium und ist frei von jeglicher Beschichtung. Sie dient somit als ein Vergleichs-Beispiel und ist für zum Beispiel eine Turbolader-Aluminium-Oberfläche repräsentativ.
BEISPIEL 2
Eine Beschichtung wurde auf einer Planchette über Luft-Spritzung abgeschieden. Eine Aufschlämmung, die den geeigneten % Feststoff-Gehalt und die geeignete Rheologie aufweist, wurde in eine mit Pressluft beaufschlagte Vorrichtung gegeben, um ein aus feinen Tröpfchen bestehendes Spritzmuster zu erzeugen. Die Beschichtung schließt ein gemischtes Oxid aus Ce-, Zr-, La- und Gd-Oxiden ein. Die Zusammensetzung war wie nachstehend: 31% Ce, 45% Zr, 10% Y, 14% (La + Gd).
PRÜFEN VON BEISPIELEN
Auf der Planchette wurden Ruß und Öl auf die Oberfläche aufgetragen und ein Temperatur-Anstieg in Luft wurde angewendet. Die Entwicklung von Verbrennungsprodukt CO und CO₂ wurde gemessen. Planchetten mit Ruß/Öl-Gemisch auf der Oberfläche der Planchette wurden in einem Ofen angeordnet. Der Ofen wurde hinsichtlich der Temperatur mit 15 K/min hochheizen lassen. Die Gastemperatur genau oberhalb der Planchetten wurde mit Hilfe eines weiteren Thermoelements vom Typ K gemessen. Die Gase oberhalb der Planchetten werden mit einer Düse extrahiert. Dieses Gas wurde unter Verwendung eines Uras 14, Advance Optima-Moduls von ABB, welches Infrarot-Licht anwendet, auf CO und CO₂ analysiert. Aus dieser Messung wurde die katalytische Aktivität der Beschichtung zur Kohlenwasserstoffoxidation geschlussfolgert. In 1 wird das CO-Signal gezeigt und in 2 wird das CO₂-Signal gezeigt. In 1, die das CO-Signal zeigt, gibt es drei Peaks, die sich über die Temperatur für die vorliegende Aluminium-Planchette entwickeln. Der erste Peak reflektiert Schmieröl-Verbrennung, der dritte Peak reflektiert Ruß-Verbrennung, aber der zweite Peak um rund 400°C reflektiert die Verbrennung von Öl-Rückständen. Kein solcher zweiter Peak wird für eine katalytische Oberfläche, die aus gemischtem Ce-, Zr-, La-, Gd-Oxid hergestellt wurde, beobachtet. Somit werden in diesem Fall keine Öl-Rückstands-Ablagerungen gebildet. Die Erklärung kann in 2 entnommen werden. Ein starkes CO₂-Signal für die Katalysator-beschichtete Oberfläche wird deutlich. Dies reflektiert die vollständige Verbrennung der Öl-Komponenten. Im Gegenteil, es wird kein CO₂-Signal auf der unbeschichteten Aluminium-Oberfläche gezeigt. Das Öl ist unvollständig verbrannt und Rückstände von teilweise verbrannten oder gecrackten Kohlenwasserstoffen verbleiben auf der reinen Aluminiumoberfläche.
BEISPIELE 3–7
Beispiel 3. Eine Probe von 3% Pd, 30% Ceroxid, 7% Seltenerdenoxiden (Pr-Oxid und La-Oxid), 40% Zirkoniumoxid und 20% Aluminiumoxid wurde auf einer Planchette über eine Suspensions-Plasma-Spritzung abgeschieden.
Beispiel 4. Eine Beschichtung von 1% Pd, 1% Pt und der Rest Aluminiumoxid wurde auf einer Planchette abgeschieden.
Beispiel 5. Eine Beschichtung von 3% Pt, 70% Ceroxid und der Rest Aluminiumoxid wurde auf einer Planchette abgeschieden.
Beispiel 6. Eine Beschichtung von 1% Pt, 70% Ceroxid und der Rest Aluminiumoxid
Vergleichs-Beispiel 7. Eine Beschichtung von 100% Zirkoniumoxid wurde auf einer Planchette abgeschieden. Dieses Beispiel wird als eine Bezugs-Probe für inaktive Beschichtungen betrachtet, weil Zr im Allgemeinen inaktiv ist.
PRÜFEN VON BEISPIELEN 3–7
Das Prüfen wurde in ähnlicher Weise wie vorstehend durchgeführt und die Ergebnisse werden in 3 und 4 gezeigt. Der Einschluss von Pd zeigt sehr viel versprechende Ergebnisse, Beispiele 3 und 4, die Pd-enthaltenden Proben, haben die niedrigsten Öl-Verbrennungs-Peaktemperaturen und zeigen die höchste Oxidations-Aktivität. Bei dem CO-Signal kann beobachtet werden, dass die Oxidations-Reaktion unter 250°C beginnt und bei dem CO₂-Signal kann beobachtet werden, dass die Oxidations-Peaks bei rund 300°C für die Pd-enthaltenden Proben liegen. Obwohl die absoluten Temperaturen von diesem Test nicht notwendigerweise mit den Anwendungen in der realen Welt verglichen werden können, zeigen die vorstehenden Tests Temperatur-Verschiebung beim Senken der Verbrennungs-Temperatur für auf den Planchetten abgeschiedenen Kohlenwasserstoff. Kohlenstoff-Ablagerung wird durch vollständiges Verbrennen von Kohlenwasserstoff verhindert. Bei Motor-Anwendungen wird die Öl-Belastung zum Beispiel viel niedriger in der Endanwendung sein. Jedoch sind die Ergebnisse sehr wertvoll, um die relative Leistung der Proben zur Öl-Oxidation zu vergleichen und folglich deren Fähigkeit, die Bildung von Ablagerungen zu verhindern. Zirkoniumoxid ist weitgehend inaktiv, wie durch die niedrige CO₂-Signal-Intensität beobachtet werden kann.
Bezugnahme innerhalb dieser gesamten Beschreibung auf ”eine (1) Ausführungsform,” ”bestimmte Ausführungsformen,” ”eine (1) oder mehrere Ausführungsformen” oder ”eine Ausführungsform” bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur, ein besonderes Material oder eine besondere Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird. Somit sind das Auftreten von Wendungen wie ”in einer oder mehreren Ausführungsformen”, ”in bestimmten Ausführungsformen”, ”in einer (1) Ausführungsform” oder ”in einer Ausführungsform” an verschiedenen Orten innerhalb dieser gesamten Beschreibung nicht notwendigerweise bezugnehmend auf die gleiche Ausführungsform der Erfindung. Weiterhin können die besonderen Merkmale, Strukturen, Materialien oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl die Erfindung hierin mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass diese Ausführungsformen der Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung nur erläuternd sind. Es wird dem Fachmann deutlich, dass verschiedene Modifizierungen und Variationen zu dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Somit ist es vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung Modifizierungen und Variationen einschließt, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.

Claims

Gegenstand, umfassend: a. eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente; b. eine Beschichtung, aufgetragen auf die Motoren- oder Triebwerks-Komponente, wobei die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid umfasst, wobei das gemischte Metalloxid Ce, Pr, Al, Zr und La umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Motoren- oder Triebwerks-Komponente aus der Gruppe, bestehend aus Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Zylinderkopfhaube, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse, Verbrennungskammer, Abdeckung, Wirbel-Erzeuger und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung weiterhin ein Edelmetall umfasst.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Edelmetall Pd umfasst.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Beschichtung Pd im Bereich von 1% bis 5% auf das Gewicht und Ceroxid im Bereich von 5% bis 60% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis, und Oxide von Seltenerden-Metallen im Bereich von 5–20% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis umfasst.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Beschichtung weiterhin Lanthanoxid und Zirkoniumoxid in einer Menge von etwa 50% auf das Gewicht auf einer Oxid-Basis umfasst.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Beschichtung etwa 3 Gew.-% Pd, etwa 30% Ceroxid, etwa 7 Gew.-% Oxide von Pr und La, etwa 40 Gew.-% Zirkoniumoxid und etwa 20 Gew.-% Aluminiumoxid umfasst.
Verfahren zur Verhinderung der Ansammlung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen an Motoren- oder Triebwerks-Komponenten, wobei das Verfahren Auftragen einer Beschichtung auf eine Motoren- oder Triebwerks-Komponente umfasst, wobei die Beschichtung ein gemischtes Metalloxid umfasst, wobei das gemischte Metalloxid mindestens zwei Metalle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gd, Al, Ti, Ce, Pr, La, Y, Nd, Mn, Zr und Kombinationen davon, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Motoren- oder Triebwerks-Komponente aus der Gruppe, bestehend aus Turbolader, Ventil, Kolben, Feuersteg, Zylinderkopfhaube, Kompressor-Gehäuse, Ansaugkanal, Einspritz-Düse, Verbrennungskammer und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Beschichtung weiterhin ein Edelmetall umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–10, wobei die Beschichtung durch Tauch-Beschichtung, thermisches Spritzen, Plasma-Spritzen, Airbrushing, Imprägnierung, Atomschicht-Abscheidung oder Kombinationen davon aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, wobei eine Ni/Al Bindungs-Schicht verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–12, wobei die Beschichtung auf eine Metalloberfläche der Motoren- oder Triebwerks-Komponente aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–13, wobei die Beschichtung durch Nach-Abscheidung oder Nach-Imprägnierung modifiziert wird, wodurch das Edelmetall auf der Oberfläche der Beschichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–14, wobei die Beschichtung etwa 3 Gew.-% Pd, etwa 30% Ceroxid, etwa 7 Gew.-% Oxide von Pr und La, etwa 40 Gew.-% Zirkoniumoxid und etwa 20 Gew.-% Aluminiumoxid umfasst.