RU2032463C1

RU2032463C1 - Carrier of catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines and method for its preparation

Info

Publication number: RU2032463C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Сапелкин; М.Б. Владыкина; В.Б. Макаров; В.Б. Дерягин
Original assignee: Малое предприятие "Технология"
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: production of catalytic afterburners of exhaust gases of internal combustion engines. SUBSTANCE: catalyst carrier has coating formed of toluene suspension of polymethylphenylsiloxane highly filled with aluminium oxide and phlogopite. Coating is applied to metal reinforcement of carrier at room temperature, then, subjected to thermal treatment at 600-800 C in air medium for at least 2 h. Suspension is composition containing, mas.%: polymethylphenylsiloxane 25-32; aluminium oxide 52-55; phlogopite 10-16; toluene 4-6. Suspension is applied to metal reinforcement by spraying or dipping or while pumping-through at pressure. EFFECT: higher efficiency. 6 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к носителям для катализаторов и способам их приготовления и может быть использовано при производстве каталитических нейтрализаторов дожигания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to supports for catalysts and methods for their preparation and can be used in the manufacture of catalytic converters for afterburning exhaust gases of internal combustion engines.

Известен носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, состоящий из металлического усилителя, выполненного из нержавеющей стали, на поверхности которого образована сцепляющая основа в виде тонкой оксидной мембраны, а на нее нанесен слой подложки из окиси алюминия. A carrier is known for a catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines, consisting of a metal amplifier made of stainless steel, on the surface of which an adhesion base is formed in the form of a thin oxide membrane, and an aluminum oxide substrate layer is deposited on it.

Способ приготовления названного носителя для катализатора очистки выхлопных газов заключается в том, что металлический усилитель выполняют из ферритной стали, имеющей следующий состав, Cr:Al:РЗЭ:M:Fe (5-30):(1-10): (0,01-0,5): (0,01-0,5): (93,98-59), где М-К, Rb- Cs, Fr, Ca, Sr, Ba или их смесь, нагревают усилитель до 800-1200^оС в окислительной атмосфере и образуют на его поверхности сцепляющую основу в виде тонкой оксидной мембраны, после чего известными способами наносят на нее подложку из гамма-окиси алюминия (см.пат.США N 4742038, кл. 502/303, опублик. 1988 г.).A method of preparing said carrier for an exhaust gas purification catalyst is that a metal amplifier is made of ferritic steel having the following composition, Cr: Al: REE: M: Fe (5-30) :( 1-10): (0.01 -0.5): (0.01-0.5): (93.98-59), where MK, Rb-Cs, Fr, Ca, Sr, Ba or a mixture thereof, the amplifier is heated to 800-1200 ^o C in an oxidizing atmosphere and form an adhesive base on its surface in the form of a thin oxide membrane, after which, by known methods, a substrate of gamma-alumina is applied onto it (see Pat. US No. 4742038, class 502/303, published. 1988 .).

Недостаток известного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и способа его приготовления заключается в том, что для получения сцепляющей основы в виде оксидной мембраны, имеющей высокую адгезионную прочность сцепления с металлическим усилителем, последний необходимо выполнять из многокомпонентного дорогостоящего стального сплава. Технология получения тонкой фольги из такого сплава сложная, что удорожает производство каталитических нейтрализаторов. Кроме того, получаемый мембранный слой имеет неконтролируемую толщину, что ухудшает качество наносимой на него подложки из гамма-окиси алюминия. A disadvantage of the known carrier for the catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines and the method of its preparation is that in order to obtain an adhesion base in the form of an oxide membrane having high adhesive strength with a metal amplifier, the latter must be made of an expensive multicomponent steel alloy. The technology for producing thin foil from such an alloy is complex, which makes the production of catalytic converters more expensive. In addition, the resulting membrane layer has an uncontrollable thickness, which degrades the quality of the gamma-alumina substrate applied to it.

Также известен формованный носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания в виде и/или при оснащении реакционных камер каталитически активными поверхностями, состоящий из формованного структурного металлического усилителя из стали с содержанием углерода 0,12-0,25 мас. с нанесенной на его поверхность сцепляющей основной, в качестве которой носитель содержит металлическую медь или серебро, и слоя из эта- и гамма-окиси алюминия, окисей церия и циркония. Also known is a molded support for a catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines in the form and / or when equipping the reaction chambers with catalytically active surfaces, consisting of a molded structural metal amplifier made of steel with a carbon content of 0.12-0.25 wt. with the main adhesive applied on its surface, in which the carrier contains metallic copper or silver, and a layer of eta- and gamma-alumina, cerium and zirconium oxides.

Способ приготовления данного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, заключается в нанесении сцепляющей основы (металлической меди или серебра) методом пламенного распыления на поверхность соединительного элемента из стали с содержанием углерода 0,12-0,25 мас. формования его в корпус, служащий структурным усилителем, нанесение слоя из эта- и гамма-окиси алюминия, сушку при 120^оС, отжиг при 500^оС, нанесение разлагаемых при нагреве соединений церия и циркония или соединение никеля и циркония с последующим отжигом (см.заявку ФРГ N 2151416, кл. В 01 J 37/00, опублик. 1976).A method of preparing this carrier for an exhaust gas purification catalyst for internal combustion engines consists in applying an adhesion base (metallic copper or silver) by flame spraying onto the surface of a steel connecting element with a carbon content of 0.12-0.25 wt. molding it into the housing, which serves a structural enhancer, applying a layer of the eta and gamma-alumina, drying at ¹²⁰ ° C, annealing at ⁵⁰⁰ ° C, applying a degradable by heating compounds of cerium and zirconium or nickel and zirconium compound, followed by annealing (see Application of Germany N 2151416, CL B 01 J 37/00, published. 1976).

Недостатком известного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и способа его приготовления заключается в невысокой длительной прочности носителя, обусловленной отслаиванием сцепляющей основы и коррозией стального структурного усилителя при работе нейтрализатора в потоке выхлопных газов. Кроме того, такие компоненты сцепляющей основы, как медь или серебро весьма дефицитные и дорогостоящие, а нанесение их пламенным распылением требует применения сложного газотермического оборудования. A disadvantage of the known carrier for the catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines and the method of its preparation is the low long-term strength of the carrier due to peeling of the adhesive base and corrosion of the steel structural amplifier during operation of the converter in the exhaust stream. In addition, components of the adhesion base, such as copper or silver, are very scarce and expensive, and applying them by flame spraying requires the use of sophisticated gas-thermal equipment.

Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому эффекту (прототипом), является формованный носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания в виде и/или при оснащении реакционных камер каталитически активными поверхностями, состоящий из формованного структурного металлического усилителя из стали с содержанием углерода 0,12-0,25 мас. с нанесенной на его поверхность сцепляющей основой, в качестве которой носитель содержит алюминий. The closest to the claimed solution in terms of technical nature and the achieved effect (prototype) is a molded support for the catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines in the form and / or when equipping the reaction chambers with catalytically active surfaces, consisting of a molded structural metal amplifier made of carbon-containing steel 0.12-0.25 wt. with an adhesive base deposited on its surface, in which the carrier contains aluminum.

Способ приготовления данного формованного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания в виде и/или при оснащении реакционных камер каталитически активными поверхностями, заключается в нанесении сцепляющей основы, в качестве которой используют алюминий, толщиной слоя 40-60 мкм, на поверхность соединительного элемента из стали с содержанием углерода 0,12-0,25 мас. путем погружения элемента в расплав алюминия, с последующим формованием его в корпус, служащий структурным усилителем, и отжигом при 850-900^оС в течение 10-15 мин, нанесением слоя из гамма-окиси алюминия, сушку при 120^оС, отжиг при 500^оС, нанесении разлагаемых при нагреве соединений церия и циркония или соединений никеля и циркония с последующим отжигом при 500^оС. Согласно данному способу формованный носитель в конечном готовом виде может быть выполнен в форме камеры сгорания и газоотводящих каналов, выхлопной трубы, газоотводящего колена или коллектора, предварительного или основного глушителя двигателя внутреннего сгорания, он также может иметь форму гранулы или сотообразного блока из пластин (см.пат. СССР N 1011035, кл. В 01 J 21/00, 37/02, 1980 г.).A method of preparing this molded support for a catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines in the form and / or when equipping the reaction chambers with catalytically active surfaces consists in applying an adhesion base, which is used as aluminum, with a layer thickness of 40-60 μm, on the surface of the connecting element of steel with a carbon content of 0.12-0.25 wt. by immersing the element in molten aluminum, followed by molding it into a casing serving as a structural amplifier, and annealing at 850-900 ^о С for 10-15 minutes, applying a layer of gamma-alumina, drying at 120 ^о С, annealing at 500 ^C. applying decomposable by heating compounds of cerium and zirconium or nickel and zirconium compounds, followed by annealing at 500 ° ^C. According to this method a molded carrier in the final finished form may be formed in the shape of the combustion chamber and the hot gas channel, an exhaust pipe, vent knee or to collector, preliminary or main silencer of an internal combustion engine, it can also be in the form of a granule or a honeycomb block of plates (see Pat. USSR N 1011035, class B 01 J 21/00, 37/02, 1980).

Недостаток известного носителя заключается в том, что сцепляющая основа из алюминия при последующем отжиге при 850-900^оС должна перейти в сплав алюминий-железо с образованием поверхностно-шероховатого слоя, на который необходимо затем наносить специальный керамический слой подложки из гамма-окиси алюминия, который собственно и образует рабочую толщину покрытия для внедряемых в его структуру каталитически активных компонентов. Таким образом, структура покрытия по толщине разделяется на внутренний слой сцепляющую основу, которая не участвует в работе катализатора и внешний слой-подложку из гамма-окиси алюминия, участвующую в работе катализатора. В результате конструкция носителя усложняется, снижается термопрочность и адгезионная прочность сцепления покрытия со структурным металлическим усилителем, возможно осыпание покрытия в условиях пульсаций выхлопных газов и виброударных воздействий при работе двигателя.The disadvantage of the known carrier is that the tack point of the aluminum base during the subsequent annealing at 850-900 ^{° C} to transit to the aluminum-iron alloy to form a rough surface layer on which it is then necessary to apply special ceramic substrate layer of gamma-alumina, which actually forms the working thickness of the coating for catalytically active components introduced into its structure. Thus, the coating structure by thickness is divided into an inner layer of an adhesive base that does not participate in the operation of the catalyst and an external gamma-alumina support layer participating in the operation of the catalyst. As a result, the design of the carrier is complicated, the thermal strength and the adhesive strength of the coating adhere to the structural metal amplifier are reduced, and it is possible to shed the coating under conditions of exhaust gas pulsations and vibration impacts during engine operation.

Недостаток известного способа заключается в сложности технологического процесса приготовления формованного носителя, требующего применения энергоемкого металлургического и прокатного оборудования для плакирования ленточной или листовой заготовки расплавом алюминия с последующим ее вальцеванием. Такая многооперационная и многорежимная технология практически не позволяет получать сцепляющую основу на стенках готовых металлических конструкций, т. е. уже заранее сформованных в виде камер, труб, коллекторов, сотообразных блоков и других узлов и деталей двигателя, что существенно ограничивает возможности массового производства на единой технологической базе различных конструкций каталитических нейтрализаторов для двигателей внутреннего сгорания. The disadvantage of this method is the complexity of the technological process of preparing a molded carrier, requiring the use of energy-intensive metallurgical and rolling equipment for cladding a tape or sheet billet with molten aluminum and its subsequent rolling. Such multi-operation and multi-mode technology practically does not allow to obtain an adhesion base on the walls of finished metal structures, that is, already preformed in the form of chambers, pipes, collectors, honeycomb blocks and other engine components and parts, which significantly limits the possibility of mass production on a single technological the basis of various designs of catalytic converters for internal combustion engines.

Цель изобретения упрощение конструкции носителя и технологического процесса его приготовления. The purpose of the invention is to simplify the design of the carrier and the technological process of its preparation.

Поставленная цель достигается тем, что известный носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, состоящий из металлического усилителя с нанесенной на его поверхность сцепляющей основой и подложкой, содержит в качестве сцепляющей основы и подложки единый по толщине слой покрытия, образованного из высоконаполненных оксидом алюминия и флогопитом толуольных суспензий полиметилфенилсилоксана (ПМФС). This goal is achieved by the fact that the known carrier for the purification of exhaust gases of internal combustion engines, consisting of a metal amplifier with an adhesive base and substrate deposited on its surface, contains, as an adhesive base and substrate, a single thickness coating layer formed from highly filled alumina and phlogopite of toluene suspensions of polymethylphenylsiloxane (PMPS).

Способ приготовления носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, включающий нанесение сцепляющей основы и подложки на поверхность металлического усилителя и термообработку, сцепляющую основу и подложку получают из композиции, содержащей, мас. 25-32 полиметилфенилсилоксана (ПМФС), 52-55 оксида алюминия, 10-16 флогопита, 4-6 толуола, которую в виде единого по толщине слоя покрытия наносят при комнатной температуре, а термообработку покрытия ведут при 600-800^оС в течение не менее 2 ч.A method of preparing a carrier for a catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines, comprising applying an adhesion base and a substrate to the surface of a metal amplifier and heat treatment, an adhesion base and substrate are obtained from a composition containing, by weight. 25-32 polymethylphenylsiloxane (PMFS), 52-55 alumina, 10-16 phlogopite, 4-6 toluene, which is applied as a uniform coating layer at room temperature, and heat treatment of the coating is carried out at 600-800 ^о С for not less than 2 hours

Нанесение покрытия осуществляют путем пневматического распыления композиции на поверхность металлического усилителя или путем окунания в композицию металлического усилителя или путем ее прокачки через каналы формованного металлического усилителя. The coating is carried out by pneumatically spraying the composition onto the surface of the metal amplifier or by dipping the metal amplifier into the composition or by pumping it through the channels of the molded metal amplifier.

Существенным отличием предлагаемого решения от известных носителей и способов их приготовления является то, что сцепляющая основа одновременно является также и подложкой. Применение композиции на основе высоконаполненных оксидов алюминия и флогопитом толуольных суспензий ПМФС и ее последующая термообработка по указанным режимам, обеспечивают с одной стороны, высокую адгезионную прочность сцепления получаемого слоя покрытия с металлическим усилителем, а с другой стороны сохранение необходимой удельной поверхности покрытия и строения пористой структуры по его толщине. Следовательно, обеспечиваются условия, необходимые для введения расчетного количества каталитически активных компонентов и их оптимального распределения в объеме покрытия так, чтобы в покрытии интенсивно протекали транспортно-диффузионные процессы, обеспечивающие эффективную работу катализатора. A significant difference of the proposed solution from known carriers and methods for their preparation is that the adhesive base is also a substrate at the same time. The use of a composition based on highly filled aluminum oxides and phlogopite of PMFS toluene suspensions and its subsequent heat treatment according to the indicated modes provide, on the one hand, high adhesive strength of the obtained coating layer with a metal amplifier and, on the other hand, preservation of the required specific surface of the coating and the structure of the porous structure according to its thickness. Consequently, the conditions necessary for introducing the calculated amount of catalytically active components and their optimal distribution in the coating volume are provided so that transport-diffusion processes that ensure the effective operation of the catalyst are intensively flowing in the coating.

Возможность нанесения композиции при нормальной температуре в атмосфере воздуха напылением, окунанием или прокачкой под заданным давлением, существенно упрощает технологию изготовления носителей практически любой геометрической формы и размеров. The ability to apply the composition at normal temperature in the atmosphere by spraying, dipping or pumping under a given pressure, greatly simplifies the manufacturing technology of carriers of almost any geometric shape and size.

В отличие от прототипа, где сначала необходимо плакировать металлическую плоскую заготовку расплавом алюминия, а затем формировать из нее носитель, в предлагаемом решении металлический усилитель может быть полностью сформирован заранее в виде готового конструкционного узла двигателя-трубы, камеры сгорания, коллектора, глушителя и т.п. или сотообразного блока нейтрализатора, с последующим нанесением композиции одним из названных приемов на стенки трактов, по которым будут протекать выхлопные газы. Например, на поверхность длинномерных завихрителей, носителей трубчатой или пластинчатой формы, на стенки камер сгорания удобнее наносить композицию пневматическим напылением по технологии лакокрасочных покрытий. На носители, выполненные, например, в виде многолопастных турбулизаторов, удобнее наносить композицию окунанием их в суспензию, а на формованные носители сотообразной структуры с множеством мелких каналов путем прокачки через них суспензии с заданным давлением, что позволяет получать однородное и равнотолщинное покрытие на стенках каналов, таким же путем целесообразно наносить композицию на внутреннюю поверхность носителей трубчатой формы. In contrast to the prototype, where it is first necessary to clad a metal flat billet with molten aluminum, and then form a carrier from it, in the proposed solution, the metal amplifier can be completely formed in advance in the form of a finished structural unit of the engine-pipe, combustion chamber, manifold, muffler, etc. P. or a honeycomb block of a neutralizer, with subsequent application of the composition by one of the above methods to the walls of the paths through which exhaust gases will flow. For example, on the surface of long swirlers, tubular or plate-shaped carriers, on the walls of combustion chambers, it is more convenient to apply the composition by pneumatic spraying using the technology of paint coatings. For carriers made, for example, in the form of multi-blade turbulators, it is more convenient to apply the composition by dipping them into a suspension, and on shaped carriers of a honeycomb structure with many small channels by pumping through them a suspension with a given pressure, which makes it possible to obtain a uniform and equally thick coating on the channel walls, in the same way, it is advisable to apply the composition to the inner surface of the tubular-shaped carriers.

Как показали испытания, высокая адгезионная прочность покрытия обеспечивается на структурном усилителе, выполненном из никеля и его сплавов, нержавеющих и углеродистых сталей, чугуна. Это существенно расширяет возможности конструирования и изготовления формованных и сотообразных носителей для различных типов двигателей и температурных диапазонов работы различных составов катализаторов. As tests have shown, high adhesive strength of the coating is provided on a structural amplifier made of nickel and its alloys, stainless and carbon steels, and cast iron. This significantly expands the possibilities of designing and manufacturing molded and honeycomb carriers for various types of engines and temperature ranges of various catalyst compositions.

Для сохранения высоких значений удельной поверхности покрытия при температуре свыше 900^оС, оно также как известные покрытия-подложки, образованные из гамма-окиси алюминия, может содержать соединения церия и циркония, никеля и циркония, церия и лантана и других элементов, обычно используемых в качестве модификаторов. В каталитических нейтрализаторах, предназначенных для работы при температуре до 900^оС, модификаторы могут не вводиться, так как удельная поверхность покрытия сохраняется на уровне 80-90 м²/г.To maintain the high specific surface area coverage values at temperatures above 900 ^C, it is also both known coating-substrate formed from gamma-alumina, may comprise a compound of cerium and zirconium, nickel and zirconium, cerium and lanthanum, and other elements typically used in as modifiers. In catalytic converters designed to operate at temperatures up to 900 ^о С, modifiers may not be introduced, since the specific surface of the coating remains at the level of 80-90 m ² / g.

Толщина наносимого покрытия определяется конкретным вариантом конструкции носителя и температурными условиями его эксплуатации. Например, при нанесении покрытия на внутреннюю поверхность жаровой трубы двигателя диаметром 50 мм, его толщина может достигать 150-200 мкм, что обеспечивает введение в него требуемого количества каталитически активных компонентов и практически не влияет на потери давления газа из-за уменьшения внутреннего диаметра трубы на 0,3-0,4 мм. В случае изготовления из тонкой фольги (50 мкм) сотообразного носителя с каналами диаметром 1,5-2 мм, толщина покрытия на стенках канала может не превышать 50-75 мкм, чтобы не увеличивать перепад давления по длине каналов, а развитая геометрическая поверхность сот позволяет распределить в объеме подложки также требуемое количество каталитически активных компонентов. Практически диапазон толщин покрытия может составлять от нескольких микрон (для носителей с протяженными узкими каналами) до нескольких сотен микрон (для носителей с короткими и широкими каналами). Верхний предел толщины покрытия определяется его термопрочностью. The thickness of the applied coating is determined by the specific design of the carrier and the temperature conditions of its operation. For example, when coating the inner surface of a flame tube of an engine with a diameter of 50 mm, its thickness can reach 150-200 μm, which ensures the introduction of the required amount of catalytically active components into it and practically does not affect the loss of gas pressure due to a decrease in the inner diameter of the pipe by 0.3-0.4 mm. In the case of the manufacture of a thin foil (50 μm) of a honeycomb carrier with channels with a diameter of 1.5-2 mm, the coating thickness on the channel walls may not exceed 50-75 μm, so as not to increase the pressure drop along the length of the channels, and the developed geometric surface of the honeycomb distribute the required amount of catalytically active components in the volume of the substrate. In practice, the range of coating thicknesses can range from a few microns (for carriers with long narrow channels) to several hundred microns (for carriers with short and wide channels). The upper limit of the thickness of the coating is determined by its heat resistance.

Возможность нанесения названного покрытия на готовые изделия, позволяет проводить их термообработку по групповой технологии сразу для большого количества изделий, что обеспечивает серийное производство, например, сотообразных носителей для автотракторной промышленности. The possibility of applying the aforementioned coating to finished products allows them to be heat treated according to group technology immediately for a large number of products, which ensures serial production, for example, of honeycomb carriers for the automotive industry.

На фиг. 1 показана часть поперечного сечения прямоугольного пакета, состоящего из множества чередующихся друг с другом плоских 1 и гофрированных 2 тонкостенных металлических пластин, на обеих сторонах которых образовано покрытие 3, имеющее мелкопористую структуру и высокую удельную поверхность; на фиг. 2 часть поперечного сечения бобины, сформованной из двух металлических лент плоской 1 и гофрированной 2 путем их сворачивания в спираль Аpхимеда, на которую также нанесено покрытие 3. При эксплуатации носителя, отработавшие газы протекают через соты-каналы 4, образованные между соседними слоями. In FIG. 1 shows a part of a cross-section of a rectangular package, consisting of a plurality of alternating flat 1 and corrugated 2 thin-walled metal plates, on both sides of which a coating 3 is formed having a finely porous structure and a high specific surface; in FIG. 2 is a part of the cross section of a bobbin formed from two metal tapes of flat 1 and corrugated 2 by folding them into an Archimedes spiral, which is also coated with 3. When the carrier is in use, the exhaust gases flow through the honeycomb channels 4 formed between adjacent layers.

Применительно к варианту на фиг. 1 композицию наносили на отдельные листы, которые после сушки набирали в пакет и проводили его термообработку, обеспечивающую формирование структуры покрытия 3 и сцепление его слоев друг с другом по контактным поверхностям. В результате получали пакет с монолитной сотообразной структурой. With reference to the embodiment of FIG. 1, the composition was applied to separate sheets, which, after drying, were collected in a bag and heat treated, providing the formation of a coating structure 3 and its layers to adhere to each other on contact surfaces. As a result, a packet with a monolithic honeycomb structure was obtained.

Применительно в варианту на фиг. 2, сначала формовали бобину в целом, затем наносили композицию одновременно на стенки всех каналов 4 и проводили термообработку бобины. Также получали монолитную сотообразную структуру блочного носителя. Такая же структура может быть получена после напыления композиции на металлические элементы, которые сворачивают в спираль Архимеда и затем термообрабатывают бобину. As applied to the embodiment of FIG. 2, the bobbin as a whole was first formed, then the composition was applied simultaneously to the walls of all channels 4 and the bobbin was heat treated. A monolithic honeycomb structure of a block carrier was also obtained. The same structure can be obtained after the composition is sprayed onto metal elements, which are folded into a Archimedes spiral and then heat treated by a bobbin.

П р и м е р 1. Для варианта носителя, показанного на фиг.1, использовали плоскую и гофрированную (треугольные гофры высотой 1,5 мм) ленты из стали типа 12Х18Н10Т, толщиной 50 мкм, шириной 100 мм. Из лент нарезали плоскую и гофрированную заготовки длиной 120 мм в количестве, необходимом для сборки пакета высотой 100 мм, служащего в качестве блочного носителя катализатора, размещаемого на выхлопе двигателя. Поверхность пластин перед нанесением композиции обезжиривали толуолом. Приготавливали композицию, содержащую (в мас.): 30 ПМФС, 52 оксида алюминия (размер порошка до 1 мкм, (12 флогопита) размер порошка слюды до 1 мкм), 6 толуола (состав 2 в табл. 1). С помощью краскораспылителя марки СО-71Б (Ту22-162-005-86) при давлении сжатого воздуха 0,1 МПа, с расходом напыляемого материала 0,15 кг/м², наносили его на обе поверхности пластин при комнатной температуре до получения слоя толщиной 75 мкм, с последующей сушкой пластин при комнатной температуре в течение 0,5 ч. После сушки пластины выдерживали в атмосфере воздуха при 280^оС в течение 2 ч и охлаждали с произвольной скоростью. Затем набирали пластины в пакет, технологически закрепляли их в сборке, которую нагревали в печи с воздушной атмосферой до 700^оС и выдерживали при этой температуре в течение 2 ч. Охлаждали пакет с произвольной скоростью на воздухе. На полученный носитель по стандартной методике наносили активную фазу из водного раствора гексахлорплатиновой кислоты и хлористого родия, обеспечивая весовое соотношение Pt:Rh= 8,5: 1. Затем проводили сушку и отжиг катализатора в потоке водорода при 500^оС в течение 1 ч.PRI me R 1. For the version of the carrier shown in figure 1, used flat and corrugated (triangular corrugations with a height of 1.5 mm) tape made of steel type 12X18H10T, 50 μm thick, 100 mm wide. Flat and corrugated billets 120 mm long were cut from tapes in an amount necessary to assemble a 100 mm high package, which serves as a block catalyst carrier placed on the engine exhaust. The surface of the plates before applying the composition was degreased with toluene. A composition was prepared containing (in wt.): 30 PMFS, 52 alumina (powder size up to 1 μm, (12 phlogopite) mica powder size up to 1 μm), 6 toluene (composition 2 in Table 1). Using a spray gun brand SO-71B (Tu22-162-005-86) at a compressed air pressure of 0.1 MPa, with a flow rate of sprayed material of 0.15 kg / m ² , it was applied to both surfaces of the plates at room temperature to obtain a layer with a thickness 75 m, followed by drying the plates at room temperature for 0.5 hours. After drying, the plate was heated in air at 280 ^{° C} for 2 hours and cooled at an arbitrary rate. Then the plates were recruited into the package, technologically secured them in the assembly, which was heated in a furnace with an air atmosphere to 700 ^C. and maintained at this temperature for 2 h. Cool the packet with arbitrary speed in air. In the resultant carrier by a standard technique applied active phase from the aqueous solution of hexachloroplatinic acid and rhodium chloride, providing a weight ratio of Pt: Rh = 8,5: 1. Then, drying was performed, and annealing the catalyst under a hydrogen stream at ⁵⁰⁰ ° C for 1 hour.

Как показали стендовые испытания полученного сотообразного блока в качестве каталитического нейтрализатора выхлопных газов карбюраторного двигателя, его активность при температурах до 950^оС не уступает катализаторам типа ШПК-2. Покрытие не растрескивается и не отслаивается от металлического усилителя.As shown by bench testing the obtained honeycomb unit as the catalytic converter carburettor engine, its activity at temperatures up to 950 ^{° C} does not yield catalysts SHPK type-2. The coating does not crack or peel from the metal amplifier.

П р и м е р 2. Для варианта носителя, показанного на фиг. 2, использовали плоскую и гофрированную (овальные гофры высотой 1,5 мм) ленты из ферритной хромо-алюминиевой стали типа 23Х5Ю, толщиной 50 мкм, шириной 90 мм. Слой из плоской и гофрированной лент сворачивали в спираль Архимеда и получали бобину диаметром 200 мм, в размер выхлопного коллектора автомобиля ЗИЛ-130. Обрабатывали бобину в растворе кислоты и помещали в технологический рабочий участок, снабженный насосным устройством поршневого типа для прокачки суспензии под давлением. В качестве суспензии приготавливали композицию, содержащую (в мас.): 25 ПМФС, 55 оксида алюминия (размер порошка до 1 мкм), 16 флогопита (размер порошка слюды до 1 мкм), 4 толуола, имеющую условную вязкость по вискозиметру В3-4 (ГОСТ 8420-74) 16 с (состав 1 в табл. 1). При комнатной температуре прокачивали объем суспензии, равный объему бобины ( ≈ 5,5 л) через каналы бобины в ее поперечном сечении под давлением 0,1 МПА, регулируя расход суспензии через противоположный выходной патрубок технологического участка и поддерживая его в диапазоне ≈0,3 л/с. Затем извлекали бобину из участка, продували ее каналы слабым напором воздуха и сушили сначала при комнатном температуре в течение 0,5 ч, а затем при 280^оС в течение 2 ч. Толщина нанесенного покрытия составляла ≈100 мкм. После сушки проводили обжиг бобины при 700^оС в атмосфере воздуха в течение 2 ч. Затем бобину охлаждали и наносили катализатор аналогично примеру 1. Стендовые испытания бобины в составе блочного каталитического нейтрализатора, имеющего стандартный слой сцепляющей основы из сплава алюминий-железо и подложку из гамма-окиси алюминия, не выявили падения активности блока при температурах до 950^оС.PRI me R 2. For the media option shown in FIG. 2, used flat and corrugated (oval corrugations 1.5 mm high) ribbons made of ferritic chromium-aluminum steel of type 23X5YU, 50 microns thick, 90 mm wide. A layer of flat and corrugated tapes was rolled into an Archimedes spiral and a bobbin with a diameter of 200 mm was obtained, the size of the exhaust manifold of a ZIL-130 automobile. The bobbin was treated in an acid solution and placed in a technological working area equipped with a piston type pumping device for pumping the suspension under pressure. As a suspension, a composition was prepared containing (in wt.): 25 PMFS, 55 alumina (powder size up to 1 μm), 16 phlogopite (mica powder size up to 1 μm), 4 toluene, with a relative viscosity of B3-4 viscometer ( GOST 8420-74) 16 s (composition 1 in table. 1). At room temperature, a suspension volume equal to the bobbin volume (≈ 5.5 l) was pumped through the bobbin channels in its cross section under a pressure of 0.1 MPA, adjusting the suspension flow rate through the opposite outlet pipe of the technological section and maintaining it in the range of ≈0.3 l /with. Then removed from the spool portion, purged with its channels weak air pressure, and dried first at room temperature for 0.5 hours and then at 280 ^{° C} for 2 hours. The thickness of the applied coating was ≈100 microns. After drying, firing was carried bobbin at 700 ^C in air atmosphere for 2 hours. Then cooled and applied to a bobbin catalyst as in Example 1. Bench tests bobbin block composed of the catalyst having the standard layer engaging a basis of an alloy of aluminum and iron substrate gamma -alumina, did not reveal a drop in block activity at temperatures up to 950 ^o C.

П р и м е р 3. В качестве носителя использовали 6-лопастной завихритель, выполненный из среднеуглеродистой стали типа ст.40 и вставляемый в виде винтовой вставки внутрь выхлопной трубы диаметром 40 мм. Завихритель после обезжиривания окунали в суспензию, содержащую (в мас.): 28 ПМФС, 53 оксида алюминия (размер порошка до 1 мкм), 13 флогопита (размер порошка слюды до 1 мкм), 6 толуола (состав 5 в табл.1). В процессе окунания завихритель поворачивали вокруг продольной оси для более равномерного распределения суспензии по его поверхности. Толщина нанесенного слоя составляла 80 мкм. Дальнейшие операции сушки, обжига и нанесения катализатора осуществляли аналогично примеру 1. PRI me R 3. As the carrier used a 6-blade swirl made of medium carbon steel type st.40 and inserted as a screw insert into the exhaust pipe with a diameter of 40 mm After degreasing, the swirl was dipped into a suspension containing (in wt.): 28 PMFS, 53 alumina (powder size up to 1 μm), 13 phlogopite (mica powder size up to 1 μm), 6 toluene (composition 5 in Table 1). During the dipping process, the swirl was rotated around the longitudinal axis to more uniformly distribute the suspension over its surface. The thickness of the deposited layer was 80 μm. Further operations of drying, calcining and applying the catalyst was carried out analogously to example 1.

Для оценки термопрочностных и адгезионных свойств слоев, наносимых на различные металлы одним из перечисленных приемов, а также для оценки характеристик пористости, были изготовлены партии образцов покрытий на фольге толщиной 100 ±20 мкм из различных сталей и сплавов (12Х18Н10Т, 23Х5Ю, ст.40, никель, нихром). Статически обработанные результаты исследований приведены в табл. 1,2. В табл. 1 приведены свойства покрытия в зависимости от режимов термообработки, в табл. 2 от состава композиции. To assess the thermal strength and adhesive properties of the layers applied to various metals by one of the above methods, as well as to evaluate the porosity characteristics, batches of coating samples on a foil 100 ± 20 μm thick were made from various steels and alloys (12Х18Н10Т, 23Х5Ю, st.40, nickel, nichrome). Statically processed research results are given in table. 1,2. In the table. 1 shows the properties of the coating depending on the heat treatment modes, in table. 2 from the composition.

Нижние значения прочности соответствуют покрытиям, полученным окунанием, верхние значения покрытиям, полученным пневматическим напылением. Покрытия, полученные путем прокачки суспензии, имеют средние значения в приведенных диапазонах. Адгезионная прочность получаемых покрытий существенно (в 3-5 раз) превышает значения для покрытий в известных носителях, содержащих специальную сцепляющую основу на формованном структурном металлическом усилителе, получаемую химико-металлическим путем. Это позволяет достаточно просто и высокопроизводительно без опасения растрескивания и осыпания покрытия формовать, например, сотобразные бобины для каталитических нейтрализаторов автомобилей путем их намотки в виде спирали Архимеда из металлических плоских и гофрированных лент с предварительно нанесенным на них покрытием по заявляемому решению. Lower values of strength correspond to coatings obtained by dipping, upper values of coatings obtained by pneumatic spraying. The coatings obtained by pumping the suspension have average values in the above ranges. The adhesive strength of the resulting coatings significantly (3-5 times) exceeds the values for coatings in known carriers containing a special adhesive base on a molded structural metal amplifier, obtained by chemical-metal method. This allows quite simple and high-performance without fear of cracking and shedding of the coating to form, for example, honeycomb bobbins for catalytic converters of automobiles by winding them in the form of an Archimedes spiral from metal flat and corrugated tapes with a coating previously applied to them according to the claimed solution.

И приведенных в табл. 1,2 сопоставительных данных следует, что заявляемые соотношения компонентов, диапазоны и время термообработки обеспечивают наиболее высокие термопрочностные и адгезионные характеристики покрытия при сохранении необходимых характеристик его пористой структуры, обеспечивающих эффективную работу катализаторов. And are given in table. 1.2 comparative data it follows that the claimed ratio of components, ranges and time of heat treatment provide the highest thermal strength and adhesive characteristics of the coating while maintaining the necessary characteristics of its porous structure, ensuring the effective operation of the catalysts.

Использование заявляемого решения, в сравнении с прототипом, обеспечивает следующие преимущества:
упрощение конструкции носителей, изготавливаемых из различных металлов и сплавов и имеющих самую разнообразную форму трубчатые, сотообразные, многолопастные и др. за счет выполнения покрытия, одновременно являющегося как сцепляющей основной, так и подложкой для внесения в нее катализаторов;
упрощение технологии получения предложенного носителя за счет проведения операции нанесения покрытия при комнатной температуре в атмосфере воздуха и последующей термообработки на стандартном оборудовании, что исключает необходимость в сложных, энергоемких и экологически опасных металлургических и формовочных процессах.Using the proposed solution, in comparison with the prototype, provides the following advantages:
simplification of the design of carriers made of various metals and alloys and having a very diverse form of tubular, honeycomb, multiblade, etc. due to the implementation of the coating, which is both an adhesion base and a substrate for introducing catalysts into it;
simplification of the technology for obtaining the proposed carrier due to the operation of coating at room temperature in an atmosphere of air and subsequent heat treatment using standard equipment, which eliminates the need for complex, energy-intensive and environmentally hazardous metallurgical and molding processes.

Технология изготовления заявляемой конструкции не представляет принципиальных затруднений для промышленности, а нанесение ее путем пневмонапыления, окунания или прокачки под давлением позволяет автоматизировать серийное производство каталитических нейтрализаторов для различных типов двигателей внутреннего сгорания. The manufacturing technology of the claimed design does not present fundamental difficulties for the industry, and applying it by pneumatic spraying, dipping or pumping under pressure allows us to automate the serial production of catalytic converters for various types of internal combustion engines.

Claims

1. A carrier for an exhaust gas purification catalyst for internal combustion engines, consisting of a metal amplifier with an adhesive base and a substrate deposited on its surface, characterized in that the base and substrate are made in the form of a uniform thickness coating layer formed from toluene highly filled with aluminum oxide and phlogopite suspensions of polymethylphenylsiloxane.

2. A method of preparing a carrier for a catalyst for purification of exhaust gases of internal combustion engines, comprising applying an adhesive base and a substrate to the surface of a metal amplifier and heat treatment, characterized in that the adhesive base and substrate are applied at room temperature in the form of a uniform coating layer of a composition containing 25 32 wt. polymethylphenylsiloxane, 52 55 wt. aluminum oxide, 10 16 wt. phlogopite, 4 to 6 wt. toluene, heat treatment is carried out at 600 - 800 ^o C for at least 2 hours

3. The method according to claim 2, characterized in that the coating is carried out by pneumatic spraying of the composition on the surface of a metal amplifier.

4. The method according to claim 2, characterized in that the coating is carried out by dipping into the composition of a metal amplifier.

5. The method according to claim 2, characterized in that the coating is carried out by pumping the composition through the channels of the molded metal amplifier.