RU2097127C1 - Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия - Google Patents
Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2097127C1 RU2097127C1 RU95116513/25A RU95116513A RU2097127C1 RU 2097127 C1 RU2097127 C1 RU 2097127C1 RU 95116513/25 A RU95116513/25 A RU 95116513/25A RU 95116513 A RU95116513 A RU 95116513A RU 2097127 C1 RU2097127 C1 RU 2097127C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tape
- oxidation
- oxide
- temperature
- whiskers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Использование: способ может быть использован в автомобилестроении каталитического конвертора для уменьшения токсичности выхлопных газов автомобилей. Сущность изобретени: усы из окиси алюминия выращивают на поверхности лент из сплавов системы Fe-Cr-Al, содержащих 15 - 25% Cr, 3 - 6% Al, до 1% одной или нескольких легирующих добавок из группы элементов Y, Ce, Zr, Ti, в процессе окисления за одну стадию при температуре 1050 - 1150oC в атмосфере влажного водорода. 4 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в автомобилестроении при изготовлении каталитического конвертора для уменьшения токсичности выхлопных газов автомобилей.
В качестве носителя катализаторов в конверторе служит металлоблок сотовой конструкции, содержащий продольные каналы для прохода газа. Металлоблок изготовляют путем совместной намотки слоев из плоской и гофрированной лент. Ленту получают из сплава на основе железа системы Fe-Cr-Al. Для обеспечения надежного сцепления наносимого на фольгу покрытия, содержащего катализаторы, на ее поверхности формируют окисный слой с высокими адгезионными свойствами. В частности, для улучшения адгезии на поверхности ленты вращаются усы в виде игловидных образований из окиси алюминия.
Известен, например, способ изготовления каталитического конвертора из сплава на основе железа, содержащего алюминий, хром и, желательно, иттрий. Ленту получают по методу отслаивания металла. При нагреве на воздухе при температуре 870 970oC происходит образование усов из окиси алюминия, покрывающих фактически всю поверхность ленты. Однако ленту из сплавов Fe-Cr-Al или Fe-Cr-Al-Y трудно получить методом отслаивания. Поэтому, как правило, конверторы изготовляют из холоднокатанной ленты. Таким образом, по описанному способу не удается вырастить усы на холоднокатанной ленте, при окислении образуется пленка окиси алюминия с неразвитой поверхностью.
Известен другой способ выращивания оксидных усов на поверхности ленты из холоднокатанной нержавеющей стали, содержащий 15 25% Cr, 3 6% Al, 0,3 - 1,0% Y. Способ состоит из окисления сплава при нагреве в атмосфере с очень низким содержанием кислорода для создания на поверхности первичной окисной пленки и повторного окисления при нагреве в атмосфере с высоким содержанием кислорода для получения на поверхности оксидных усов. Очищенную поверхность ленты вначале быстро нагревают (в варианте осуществления способа за 20 с) до 875 925oC в атмосфере, содержащей менее 0,1% кислорода. После этого производят нагрев ленты в атмосфере с высоким содержанием кислорода, предпочтительно на воздухе, и на поверхности ленты идет образование оксидных усов. Выращивание усов ведется при температуре 870 930oC в течение 8 - 16 ч. Образующиеся усы имеют высоту порядка 3 мкм, а отношение высоты к толщине усов составляет величину больше 1, при этом площадь поверхности оксидных усов превышает геометрическую площадь в 12 раз. Эти параметры, являющиеся характеристиками структуры поверхности окисного слоя, служат также для оценки адгезионных свойств поверхности.
Недостатком данного способа является двухстадийное окисление ленты, усложняющее технологию получения окисного слоя. Достаточно продолжительный нагрев (8 16 ч) также снижает эффективность известного способа, особенно в условиях массового производства изделий.
Задачей изобретения является улучшение адгезии покрытия с катализатором к окисному слою на поверхности ленты за счет повышения характеристик структуры поверхности, состоящей из оксидных усов, увеличение ресурса работы каталитического конвертора, а также увеличение производительности и упрощение технологии окисления стали.
Для решения данной задачи может использоваться холоднокатанная лента из нержавеющей стали системы Fe-Cr-Al, содержащей хром в пределах 15 25% алюминий 3 6% В ее состав в небольших количествах 0,1 1,0% могут входить одна или несколько легирующих добавок из группы элементов Y, Ce, Zr, Ti, повышающих жаростойкость стали.
Окисление предварительно очищенной ленты по предлагаемому способу производят при 1050 1150oC за одну стадию во влажном водороде при атмосферном давлении. Содержание паров воды в водородной атмосфере, определяемое по температуре точки росы, поддерживают в пределах от 0oC до +5oC. Оптимальное время окисления составляет 3 8 ч.
В отличии от известного способа, в котором для получения оксидных усов на поверхности ленты окисление проводится последовательно в двух окислительных атмосферах, в предлагаемом способе лента окисляется в одну стадию в газовой среде, не содержащей кислорода. Окислителем является водяной пар, и образование окиси алюминия осуществляется в соответствии с реакцией
2Al + 3H2O Al2O3 + 3H2 (1)
Атмосфера влажного водорода при заданных условиях является восстановительной для железа. Хром в этих же условиях находится вблизи линии фазового равновесия Cr Cr2O3. Таким образом, по предлагаемому способу для формирования окисного слоя с развитой поверхностью в виде оксидных усов применяется избирательное окисление алюминия в пароводородной смеси. Другой отличительной особенность является проведение окисления ленты при более высокой температуре 1050 1150oC. При повышении температуры увеличивается диффузионная подвижность алюминия в сплаве, за счет этого удается существенно сократить время окисления ленты до 3 8 ч.
2Al + 3H2O Al2O3 + 3H2 (1)
Атмосфера влажного водорода при заданных условиях является восстановительной для железа. Хром в этих же условиях находится вблизи линии фазового равновесия Cr Cr2O3. Таким образом, по предлагаемому способу для формирования окисного слоя с развитой поверхностью в виде оксидных усов применяется избирательное окисление алюминия в пароводородной смеси. Другой отличительной особенность является проведение окисления ленты при более высокой температуре 1050 1150oC. При повышении температуры увеличивается диффузионная подвижность алюминия в сплаве, за счет этого удается существенно сократить время окисления ленты до 3 8 ч.
Указанные пределы изменения параметров выбраны исходя из следующего. Как показали эксперименты, окисление при более низких температурах в интервале 950 1050oC сопровождается протеканием нестационарных процессов, связанных с установлением фазового равновесия в системе металл-окисел. На фотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, видно (фиг.1, представлено изображение ленты после окисления во влажном водороде при температуре 950oC в течение 24 ч), что оксидные усы при 950oC не образуются, формирование зародышей усов на поверхности ленты начинается при температуре 1000oC (фиг. 2, представлено изображение ленты после окисления во влажном водороде при температуре 1000oC в течение 24 ч). Требуемая структура поверхности получается при температуре 1100oC, причем оксидные усы формируются при выдержке в течение 5 ч (фиг. 3, представлено изображение ленты после окисления во влажном водороде при температуре 1100oC в течение 5 ч, фиг. 3.1 вид перпендикулярно поверхности образца, фиг. 3.2 вид под углом к поверхности вблизи излома образца).
Повышение температуры выше 1150oC приводит к чрезмерно большому выходу алюминия из сплава на поверхность ленты для образования оксидного слоя, при этом происходит заметное обеднение сплава алюминием и снижение его жаростойкости. На фиг. 4 приведены результаты испытаний на жаростойкость сплава Х20Ю5 (изменение массы образцов) в воздушной атмосфере при температуре 1200oC в течение 20 ч, в зависимости от температуры формирования окисного слоя во влажном водороде в течение 5 ч. Из фиг. 4 следует, что оптимум (минимум увеличение массы ленты) находится в районе 1100oC. Как видно, интервал температуры 1050 1150oC является оптимальным для образования требуемой структуры и обеспечения защитных свойств окисного слоя.
В предлагаемом способе для получения положительных результатов окисление проводится в пароводородной смеси с влажностью в пределах от 0oC до +5oC. Использование более сухой пароводородной смеси вследствие уменьшения ее окислительного потенциала приводит к снижению скорости окисления и непроизводительному увеличению времени окислительного процесса, превышающему 10 ч. Окисление в более влажном водороде приводит к возрастанию доли окиси хрома в окисном слое и повышенному расходу алюминия, что отрицательно влияет на формирование структуры и защитные свойства окисного слоя.
Формирование окисных усов на поверхности окисного слоя по предлагаемому способу проводилось на холоднокатанной нержавеющей ленте, изготовленной из сплава Fe 20% Cr 5% Al с микродобавками Ti, Zr, Y. Окисление ленты для получения на ее поверхности оксидных усов производилось в водородной печи. Влажность водорода (по температуре точки росы) находилась в пределах от +1,5oC до +2oC. Температура в зоне нагрева поддерживалась с точностью ±10oC. Время выдержки ленты в зоне нагрева составляло 5 ч.
В результате проведения указанной термообработки на поверхности ленты были выращены оксидные усы. Из фиг. 3 видно, что образовавшиеся усы высотой 1 3 мкм имеют форму волокон. Отношение высоты усов к их диаметру составляет 5 10. Степень развития структуры получаемого окисного слоя подтверждается результатами прямых измерений полной площади поверхности окисного слоя методом низкотемпературной абсорбции БЭТ. Как показали измерения, полная поверхность превышает геометрическую в 36 раз (по известному способу в 12 раз).
К преимуществам предлагаемого способа относятся
формирование более развитой структуры поверхности окисного слоя, состоящего из оксидных усов с большим отношением высоты к их ширине (5 10), обеспечивающей по сравнению с геометрической увеличение полной поверхности окисного слоя в 36 раз (по известному способу в 12 раз), позволяющей повысить адгезию окисного слоя с каталитическим покрытием, наносимым на поверхность ленты, и продлить ресурс работы каталитического конвертора;
проведение процесса окисления в одной окислительной среде за одну стадию, минуя стадию предварительного окисления ленты в другой атмосфере для подготовки поверхности к выращиванию усов, позволяющее упростить технологию окисления ленты и снизить экономические затраты;
уменьшение не менее чем в два раза времени, необходимого для окисления и образования на поверхности ленты оксидных усов, за счет выбора в качестве окислительной атмосферы влажного водорода и увеличения температуры окисления, что дает возможность значительно повысить производительность этого процесса.
формирование более развитой структуры поверхности окисного слоя, состоящего из оксидных усов с большим отношением высоты к их ширине (5 10), обеспечивающей по сравнению с геометрической увеличение полной поверхности окисного слоя в 36 раз (по известному способу в 12 раз), позволяющей повысить адгезию окисного слоя с каталитическим покрытием, наносимым на поверхность ленты, и продлить ресурс работы каталитического конвертора;
проведение процесса окисления в одной окислительной среде за одну стадию, минуя стадию предварительного окисления ленты в другой атмосфере для подготовки поверхности к выращиванию усов, позволяющее упростить технологию окисления ленты и снизить экономические затраты;
уменьшение не менее чем в два раза времени, необходимого для окисления и образования на поверхности ленты оксидных усов, за счет выбора в качестве окислительной атмосферы влажного водорода и увеличения температуры окисления, что дает возможность значительно повысить производительность этого процесса.
Claims (1)
- Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия в виде ленты из сплава на основе железа, содержащего 15 25 мас. Cr, 3 6 мас. Al и до 1% легирующей добавки, выбранной из группы Y, Ce, Zr, Ti, путем окисления предварительно очищенной поверхности при высоких температурах, отличающийся тем, что окисление ведут при 1050 1150oС в атмосфере пароводородной смеси с влажностью от 0 до +5oС по температуре точки росы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95116513/25A RU2097127C1 (ru) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95116513/25A RU2097127C1 (ru) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95116513A RU95116513A (ru) | 1997-10-10 |
RU2097127C1 true RU2097127C1 (ru) | 1997-11-27 |
Family
ID=20172353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95116513/25A RU2097127C1 (ru) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2097127C1 (ru) |
-
1995
- 1995-09-27 RU RU95116513/25A patent/RU2097127C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP, заявка N 4-51224, кл. B 01 J 23/74, 1992. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4318828A (en) | Enhanced oxide whisker growth on cold-rolled aluminum-containing stainless steel foil | |
US4331631A (en) | Enhanced oxide whisker growth on peeled Al-containing stainless steel foil | |
FI82844B (fi) | Oxidationsbestaendig metallfolie baserad pao jaern och foerfarande foer dess framstaellning. | |
US5447698A (en) | Catalytic converters--metal foil material for use therein, and a method of making the material | |
EP0348576A2 (en) | Catalyst carriers and a process for producing the same | |
KR910009401B1 (ko) | 산화물 위스커(wisker)로 피복된 페라이트 스테인리스강의 제조방법 | |
US4885269A (en) | Method of oxidation of the surface of a catalyst carrier body and a catalyst carrier body produced according to the method | |
US4931421A (en) | Catalyst carriers and a method for producing the same | |
US5294586A (en) | Hydrogen-water vapor pretreatment of Fe-Cr-Al alloys | |
RU2097127C1 (ru) | Способ получения нитевидных кристаллов оксида алюминия на поверхности изделия | |
JPH0660386B2 (ja) | 金属半仕上げ製品及びその製造方法 | |
JPH10508823A (ja) | 鋼から製造される薄肉一体式酸化鉄構造体及びそのような構造体を製造するための方法 | |
JPS637347A (ja) | クロム−アルミニウム−鉄合金の製造方法 | |
EP0393581A2 (en) | Ferritic stainless steel coated with a blade-like Oxide, and its manufacturing process | |
JP2815764B2 (ja) | 触媒付着性に優れたメタル触媒担体およびその製造方法 | |
JPH07113118A (ja) | 耐酸化性に優れたFe−Cr−Al合金箔の製造方法 | |
JPH0350199A (ja) | Fe‐Cr‐Al系フェライトステンレス鋼表面のアルミナウィスカー生成方法 | |
JPH0543984A (ja) | 耐酸化性金属箔及びその製造方法 | |
JPS6295142A (ja) | 触媒担体用金属箔の表面処理方法 | |
JPS6342347A (ja) | 酸化スケ−ルの耐剥離性に優れたFe−Cr−Al系合金の製造方法 | |
JPS63256141A (ja) | 排気ガス浄化用触媒 | |
JPH02289498A (ja) | アルミナウィスカーの生成方法 | |
JPS6357780A (ja) | 排ガス浄化コンバ−タ−用金属製担持体の製造方法 | |
JPH0240734B2 (ru) | ||
JPH0478446A (ja) | 触媒担体用メタルハニカム素材およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040928 |