專利名稱：覆蓋有炭層的泡沫金屬載體及煅燒工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種覆蓋有炭層的泡沫金屬載體和煅燒工藝，應用于汽車尾氣的SCR 或POC后處理行業。
背景技術：
當前，全球面臨能源和環境的綜合挑戰。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，人們仍然面臨不少的難題，例如，如何選擇后處理的載體和催化劑等方面。后處理載體是構成車用后處理平臺的關鍵因素，截止到目前為止，在后處理載體方面絕大多數是進口的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機械強度稍差，不太適應于中國的實際情況；同樣，成熟的金屬載體也是被國外的技術和專利壟斷，成為制約中國后處理產業發展的關鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理載體是推進該領域技術進步的核心內容。泡沫金屬是一種物理功能與結構特性一體化的新型工程材料。80年代初國際上開始金屬泡沫材料研制，金屬泡沫材料具備質輕、隔音、過濾和阻燃特性，又有很強的吸震和電磁屏蔽作用，因此，廣泛應用于國防工業。90年代起，泡沫金屬推廣應用于民用工業，例如，高水平的泡沫鎳應用于電容和超級電容的制備。目前，我國泡沫金屬研制和生產技術水平居于世界前列。從結構上分析和實際測試表明，泡沫金屬是最理想的后處理金屬載體，例如，結構強度高于陶瓷載體，氣流通道紊亂，最容易獲得預想的催化效果，此外，催化劑的涂敷和施工工藝較為簡單，因此，選擇金屬泡沫作為載體，具備理論上的先進性。泡沫金屬的成本由工藝過程成本和材料成本兩方面所決定，應該把優化過程工藝成本和材料成本同時進行。考慮到使用成本，作為載體使用的泡沫金屬不可能100%有純鎳和純鉻沉積而成， 因此，技術性的鐵摻雜成為必然。但是，由于鐵在高溫下容易被氧化，骨架中的鐵氧化后的強度將降低70%以上，或干脆成為廢品，因此，在泡沫金屬的煅燒中，采用氣氛保護或氫氣進行還原必不可少。檢索發現很多的泡沫金屬電沉積或制備過程的專利，也有的專利包括了最后的煅燒過程中的氫氣氣氛還原的，但是，還沒有和本專利權項相同的專利申報，例如，專利申請號為CN201010100422. 8的‘鈦基四元催化泡沫金屬載體及其制造方法’專利是采用以鈦及鈦合金冶煉獲得三維纖維結構的泡沫鈦金屬材料；專利申請號為CN200810068869. 4的‘塑料基泡沫金屬化的方法’專利是將塑料基泡沫浸于低溫熱固化型聚合物銀漿或將低溫熱固化型聚合物銀漿噴涂到塑料基泡沫上，使塑料基泡沫的纖維粘附上導電層，然后再進行電鍍而制備；專利申請號為CN200610117833. 1的‘應用于尾氣過濾及催化劑載體的泡沫鐵鉻鋁及其制作工藝’專利，所述的泡沫鐵鉻鋁是以泡沫形狀金屬為基材，在基材的多孔表面進行火焰噴涂鐵鉻鋁；專利申請號為CN200510032174. 7的‘三維通孔或部分孔洞彼此相連多孔金屬泡沫及其制備方法’專利是將一種或多種粒徑在廣100 μ m的金屬或合金粉末均勻分散在含粘接劑的溶液中制成料漿，再將該漿液灌入通孔聚氨酯海綿泡沫中，經烘干、燒結得到三維通孔泡沫金屬材料；專利申請號為CN03208577. X的‘復合金屬多孔鋁’專利是采用泡沫金屬骨架組成的三維網狀結構，采用熱浸鋁方法在該骨架上進行復合金屬鋁；專利申請號為CN00133631. 2的‘一種復合泡沫金屬及其制備方法’專利是先將泡沫材料制備導電層，采用電沉積的方法，在泡沫材料上沉積金屬(A)，再在金屬(A)表面沉積另一金屬(B)， 經過熱處理后，形成復合泡沫金屬；專利申請號為CN02U9612. X的‘一種復合金屬多孔體及其制備方法’專利首先以泡沫材料為芯膜，在該芯膜上沉積一種、或二種、或二種以上金屬制備多孔金屬或多孔合金；之后再以多孔金屬或多孔合金為骨架，在該骨架上采用熱浸方法進行熱浸金屬或合金，即可制備出復合金屬多孔體。在傳統的泡沫金屬煅燒工藝中，要求采用氫氣氣氛還原的工藝，它要求具備精密的煅燒爐和生產控制工藝，例如，在爐內通入70%氮氣+30%氫氣混合氣體，并在爐體內形成微正壓(0. 05、. Ikg/cm2)體系，顯而易見它存在安全方面的問題，此外，氫氣還原的煅燒爐成本以及工藝材料的成本較高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種覆蓋有炭層的泡沫金屬載體和煅燒工藝，其對現有的制備工藝進行了優化，降低了成本，減少了生產安全隱患，并改進對成品的熱處理工藝，該載體具備堆密度提高、減少泡沫金屬表面的氧化、提高強度、增大比表面積等優點，有利于后續SCR或POC催化劑的涂敷；很好地回避了復雜、危險且成本高昂的氫氣還原工序；具有很高的實用價值。本發明的技術方案是這樣實現的覆蓋有炭層的泡沫金屬載體，其特征在于泡沫金屬載體在煅燒前要先進行浸涂漿料，漿料是由市售的食品級蔗糖l(T30%wt(重量百分比， 下同)和工業的平均粒徑為IOOnm納米二氧化鈦粉5 15%wt與水55、5%wt混合并持續攪拌而形成的懸濁液。其煅燒工藝的具體過程如下首先將10到30份的蔗糖溶解少量水中(蔗糖是一種高溶性的糖，250C時IOOg水可以溶解210g蔗糖)，然后稱取5到15份的二氧化鈦加入到蔗糖溶液中并開始攪拌，最后補齊剩余份數的水，攪拌(機械攪拌或磁力攪拌均可)3(T60min 直至形成均勻穩定的懸濁液，至此漿料配制完成；將泡沫金屬載體在漿料攪拌的同時進行浸涂，5 10min后取出并除去多余的漿料，使干燥后重復浸涂，浸涂過程可視情況重復;Γ5 次直至泡沫金屬載體表面形成均勻完整的涂層；將干燥且涂敷完整的泡沫金屬載體放入高溫爐中并通入氬氣作為保護氣氛，隨爐升溫，在20(T40(TC溫度范圍內進行炭化處理， 60^120min后繼續升溫至50(T60(rC進行煅燒，溫度保持12(TM0min后停止加熱并隨爐冷卻至室溫。得到一種表面具有軟炭膜的泡沫金屬載體。漿料可以重復使用，定期補充。本發明的積極效果在于優化了泡沫金屬載體煅燒工藝和材料成本，選用蔗糖是由于這種材料在氬氣氛下加熱到200°C即可發生分解反應=C12H22O11 — 12C+11H20，分解出炭和水，蔗糖炭化產生的炭膜同泡沫金屬的材料表面接觸更為充分和均勻，廣泛被用于無機合成中碳包覆、碳熱還原等方法中，而且該原料來源廣泛、價格低廉，具有很好的經濟效應。同理，二氧化鈦材料的選用是由于其具有良好的遮蓋能力，硬而耐酸，而且具有一定的催化活性，在制備特征炭膜的過程中選擇性的加入二氧化鈦，可以是生產的炭膜的結合強度更高， 本發明選用的工業的平均粒徑為IOOnm納米二氧化鈦粉，粒徑太細容易產生團聚，使得對泡沫金屬載體表面的遮蓋能力較差，相反，粒徑過大，可能導致浸涂過程很難涂得均勻，二氧化鈦的量應該有嚴格的規定，以保證二氧化鈦顆粒較密地嵌入炭層連續相的效果。浸涂重復3至5次是為了形成完整而均勻的涂層。綜上，本發明能夠產生經濟，節能，環保，安全性強，穩定可控等效果，因此具有很高的實用價值。
圖1為包覆有碳的樣件煅燒后的SEM照片。圖2為包覆有碳的樣件煅燒后的較高倍數SEM照片。圖3為包覆有碳的樣件煅燒后的EDX能譜。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步描述，實施例為進一步闡明本發明的特點，不等同于限制本發明，對于本領域的技術人員依照本發明進行的更改，均應包含在本發明的保護范圍之內。實施例1
取一種經過鐵鎳電沉積制成的開孔率為IOppi (每英寸長度上的開孔數目，下同)，尺寸100X 100mm，厚度為25mm方形泡沫金屬樣件。將IOOg蔗糖溶解于200ml水中，然后稱取50g 二氧化鈦加入到蔗糖溶液中，最后加入650ml水進行稀釋并開始攪拌，60min后將泡沫金屬樣件在漿料攪拌的同時進行浸涂，5 10min后取出并除去多余的漿料，使干燥后再重復浸涂3次；將干燥且涂敷完整的泡沫金屬樣件放入高溫爐中并通入氬氣作為保護氣氛， 隨爐升溫，至400°C時暫停加熱，保溫60min后繼續升溫至600°C進行煅燒，溫度保持MOmin 后停止加熱并隨爐冷卻至室溫，得到一種表面具有軟炭膜的泡沫金屬樣件。如圖1、2所示， 在IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。。實施例2
取一種經過鐵鎳電沉積制成的開孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為25mm方形泡沫金屬樣件。將200g蔗糖溶解于300ml水中，然后稱取50g 二氧化鈦加入到蔗糖溶液中，最后補充水至450ml并開始攪拌，60min后將泡沫金屬樣件在漿料攪拌的同時進行浸涂，5^10min后取出并除去多余的漿料，使干燥后再重復浸涂3次；將干燥且涂敷完整的泡沫金屬樣件放入高溫爐中并通入氬氣作為保護氣氛，隨爐升溫，至400°C時暫停加熱，保溫 60min后繼續升溫至600°C進行煅燒，溫度保持MOmin后停止加熱并隨爐冷卻至室溫，得到一種表面具有軟炭膜的泡沫金屬樣件。在IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。實施例3
取一種經過鐵鎳電沉積制成的開孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為25mm方形泡沫金屬樣件。將200g蔗糖溶解于300ml水中，然后稱取150g 二氧化鈦加入到蔗糖溶液中， 最后加入350ml水進行稀釋并開始攪拌，60min后將泡沫金屬樣件在漿料攪拌的同時進行浸涂，5 10min后取出并除去多余的漿料，使干燥后再重復浸涂3次；將干燥且涂敷完整的泡沫金屬樣件放入高溫爐中并通入氬氣作為保護氣氛，隨爐升溫，至400°C時暫停加熱，保溫60min后繼續升溫至600°C進行煅燒，溫度保持MOmin后停止加熱并隨爐冷卻至室溫，得到一種表面具有軟炭膜的泡沫金屬樣件。在IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。
權利要求
1.一種覆蓋有炭層的泡沫金屬載體，其特征在于泡沫金屬載體在煅燒前要先進行浸涂漿料，漿料是由食品級的蔗糖l(T30%wt重量百分比，下同和工業的平均粒徑為IOOnm納米二氧化鈦粉5 15%wt與水55、5%wt混合并持續攪拌而形成的懸濁液。
2.根據權利要求1所述的一種覆蓋有炭層的泡沫金屬載體，其特征在于所述的泡沫金屬載體煅燒工藝如下 (1)首先將10到30份的蔗糖溶解于55到85份的水中，然后稱取5到15份的二氧化鈦加入到蔗糖溶液中并開始攪拌(機械攪拌或磁力攪拌均可)，持續攪拌3(T60min直至形成均勻穩定的懸濁液，至此漿料配制完成備用；(2)將泡沫金屬載體在漿料攪拌的同時進行浸涂，5 10min后取出并除去多余的漿料， 使干燥后重復浸涂，浸涂過程可視情況重復3飛次直至泡沫金屬載體表面形成均勻完整的涂層；(3)將干燥且涂敷完整的泡沫金屬載體放入高溫爐中并通入氬氣作為保護氣氛，隨爐升溫，在20(T40(TC溫度范圍內進行炭化處理，6(Tl20min后繼續升溫至50(T60(TC進行煅燒，溫度保持120l40min后停止加熱并隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發明涉及一種覆蓋有炭層的泡沫金屬載體，其特征在于泡沫金屬載體在煅燒前要先進行浸涂漿料，漿料是由市售的食品級蔗糖10~30%wt(重量百分比，下同)和工業的平均粒徑為100nm納米二氧化鈦粉5~15%wt與水55~85%wt混合并持續攪拌而形成的懸濁液。其對現有的制備工藝進行了優化，降低了成本，減少了生產安全隱患，并改進對成品的熱處理工藝，該載體具備堆密度提高、減少泡沫金屬表面的氧化、提高強度、增大比表面積等優點，有利于后續SCR或POC催化劑的涂敷；很好地回避了復雜、危險且成本高昂的氫氣還原工序；具有很高的實用價值。
文檔編號B01J23/755GK102527443SQ20111041440
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者于麗娜, 崔龍, 張克金, 張喆, 潘艷春, 王丹, 王金興, 米新艷, 許德超 申請人:中國第一汽車股份有限公司