一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法，該發(fā)泡器包括：發(fā)泡器本體，位于發(fā)泡器本體內的腔體隔板，以及設置于發(fā)泡器本體上的高壓空氣入口管，其中，腔體隔板將發(fā)泡器本體分隔為熔體澆注模腔和高壓穩(wěn)壓腔，且腔體隔板上開設有多個連通熔體澆注模腔和高壓穩(wěn)壓腔的氣體通道。本發(fā)明選取預定成分的鋁合金，并對其進行熔煉制得鋁合金熔體，并在熔體澆注模腔內使鋁合金熔體與高壓空氣進行反應制泡沫鋁合金，再對泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料，上述制備方法工藝簡單并易于控制，且有效地縮短了制備周期；此外通過制備泡沫型載體材料，可大大增加涂覆催化劑的面積，優(yōu)化了三元催化器載體質量。
【專利說明】
一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及汽車及催化器制備工藝領域，尤其涉及一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法。【背景技術】
[0002]隨著乘用車環(huán)保法規(guī)越來越嚴苛，對汽車發(fā)動機尾氣的處理成為降低污染物排放的重要環(huán)節(jié)，目前乘用車尾氣處理多采用三元催化器進行。發(fā)動機排出的尾氣中的污染物成分(如一氧化碳C0、碳氫化合物HC、一氧化氮N0)通過排氣系統(tǒng)時，在催化劑(如金屬鉑、銠、鈀等)的作用下，通過反應可轉變?yōu)槎趸糃02、水H20、氧氣02、氮氣隊等無污染成分。催化器載體是催化劑的固定體，對催化劑催化效果的充分發(fā)揮起到重要作用。
[0003]現(xiàn)有技術中常采用陶瓷燒結的方式制備，生產(chǎn)周期長、制備工藝復雜，且成本過高，此外，基于陶瓷燒結制得催化器載體的比表面積局限于模具蜂窩的尺寸和數(shù)目，比表面積受到很大的限制。
【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法，解決了上述所提及的制備工藝復雜、周期長和成本高，以及比表面積有限的問題。
[0005]依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)泡器，包括:
[0006]發(fā)泡器本體；
[0007]位于所述發(fā)泡器本體內的腔體隔板，所述腔體隔板將所述發(fā)泡器本體分隔為熔體澆注模腔和高壓穩(wěn)壓腔；其中，所述腔體隔板上開設有多個連通所述熔體澆注模腔和所述高壓穩(wěn)壓腔的氣體通道；以及
[0008]高壓空氣入口管，設置于所述發(fā)泡器本體上，并與所述高壓穩(wěn)壓腔相連通。
[0009]依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種三元催化器載體的制備方法，基于如上所述的發(fā)泡器，包括:
[0010]選取滿足預定成分要求的鋁合金原料；
[0011]對所述鋁合金原料進行熔煉，制得鋁合金熔體；
[0012]將所述鋁合金熔體置于所述發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)所述高壓空氣入口管、所述高壓穩(wěn)壓腔和所述氣體通道到達所述熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫錯合金；
[0013]對所述泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料。
[0014]可選地，在對所述泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料的步驟之后，還包括:
[0015]在所述載體材料的外表面涂覆三元催化劑，制得所述三元催化器載體。
[0016]可選地，在選取滿足預定成分要求的鋁合金原料的步驟之前，還包括:
[0017]按照預定成分選取制備所述錯合金原料的材料，包括:石墨C、銅Cu、猛Mn、鈦T1、 鋅Zn、釩V和鋁A1 ;
[0018]對所述材料進行熔煉，制得所述鋁合金原料。
[0019]可選地，所述滿足預定成分要求的鋁合金原料包括:鋁A1以外，還包括:質量含量為8%?10%的石墨C，質量含量為2.4%?3.0%的銅Cu，質量含量為0.3%?0.6%的錳 Mn，質量含量為0.048 %?0.05 %的鈦Ti，質量含量為0.02 %?0.04%的鋅Zn以及質量含量為0? 04 %?0? 07 %的釩V。
[0020]可選地，對所述鋁合金原料進行熔煉，制得鋁合金熔體的步驟包括:
[0021]將所述鋁合金原料放置在預定的熔煉裝置內熔煉，
[0022]將熔煉后的鋁合金原料在溫度為690°C?700°C的環(huán)境下進行保溫穩(wěn)定，制得所述鋁合金熔體。
[0023]可選地，將所述鋁合金熔體置于所述發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)所述高壓空氣入口管、所述高壓穩(wěn)壓腔和所述氣體通道到達所述熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫鋁合金的步驟包括:
[0024]將所述鋁合金熔體澆注于所述熔體澆注模腔內；
[0025]向所述高壓空氣入口管注入高壓空氣，所述高壓空氣經(jīng)所述高壓穩(wěn)壓腔進行穩(wěn)壓形成高壓穩(wěn)壓空氣；
[0026]所述高壓穩(wěn)壓空氣經(jīng)所述氣體通道注入所述鋁合金熔體內，在所述鋁合金熔體內形成高壓空氣通道；
[0027]流經(jīng)所述高壓空氣通道的高壓穩(wěn)壓空氣與所述高壓空氣通道四周的鋁合金熔體反應，形成多個與所述高壓空氣通道貫通的孔隙，從而制得所述泡沫鋁合金；
[0028]對所述泡沫鋁合金進行冷卻成型。
[0029]可選地，對所述泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料的步驟包括:
[0030]將所述泡沫鋁合金放置于有氧氣氛的熱處理爐內；
[0031]將所述熱處理爐的溫度設置為640°C?660°C，保持3h?5h，制得所述載體材料。
[0032]本發(fā)明的實施例的有益效果是:一種發(fā)泡器及基于其的三元催化器載體的制備方法，選取預定成分的鋁合金，并對其進行熔煉制得鋁合金熔體，并在熔體澆注模腔內使鋁合金熔體與高壓空氣進行反應制泡沫鋁合金，再對泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料，上述制備方法工藝簡單并易于控制，且有效地縮短了制備周期；此外通過制備泡沫型載體材料，可大大增加涂覆催化劑的面積，優(yōu)化了三元催化器載體質量?！靖綀D說明】
[0033]圖1表示本發(fā)明的發(fā)泡器的結構示意圖；
[0034]圖2表示本發(fā)明的發(fā)泡器的剖視圖；
[0035]圖3表示本發(fā)明的三元催化器載體的制備方法的流程示意圖；
[0036]圖4表示本發(fā)明的三元催化器載體的制備方法中發(fā)泡反應過程的示意圖。
[0037]其中圖中:1、發(fā)泡器本體，2、腔體隔板，3、高壓空氣入口管；
[0038]11、熔體澆注模腔，12、高壓穩(wěn)壓腔；
[0039]21、氣體通道?！揪唧w實施方式】
[0040]下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠將本發(fā)明的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0041]實施例
[0042]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的實施例提供了一種發(fā)泡器，包括:發(fā)泡器本體1，位于發(fā)泡器本體1內的腔體隔板2,以及設置于發(fā)泡器本體1上的高壓空氣入口管3。其中，腔體隔板2將發(fā)泡器本體1分隔為熔體澆注模腔11和高壓穩(wěn)壓腔12,且開設有連通熔體澆注模腔11和高壓穩(wěn)壓腔12的氣體通道21。高壓空氣入口管3與高壓穩(wěn)壓腔12相連通，高壓空氣從高壓空氣入口管3進入高壓穩(wěn)壓腔12,并經(jīng)由氣體通道21進入熔體澆注模腔11 內。
[0043]優(yōu)選地，為了保證高壓空氣的順暢流通，均衡高壓空氣的氣壓，腔體隔板上的氣體通道由多個環(huán)形布置的通孔序列構成，其中，每一通孔序列由多個直徑相同通孔構成，且外圍通孔序列中的通孔直徑大于內圍通孔序列中的通孔直徑，以達到均衡氣壓的作用。
[0044]依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種三元催化器載體的制備方法，其中，該制備方法基于上述的發(fā)泡器實現(xiàn)，具體包括如圖3所示的制備過程:
[0045]步驟10:選取滿足預定成分要求的鋁合金原料。
[0046]目前鋁合金成分包括:硅S1、鐵Fe、銅Cu、錳Mn、鎂Mg、鉻Cr、鎳N1、鋅Zn、鈦T1、 鎵Ga或釩V中的幾種，主要成分鋁A1，以及其他特殊物質成分組成，本發(fā)明優(yōu)選地可采用包括以下組分的鋁合金原料:石墨C、銅Cu、錳Mn、鈦T1、鋅Zn、釩V和鋁A1。
[0047]優(yōu)選地，滿足預定成分要求的鋁合金原料包括:鋁A1以外，還包括:質量含量為 8%?10%的石墨C，質量含量為2.4%?3.0%的銅Cu，質量含量為0.3%?0.6%的錳Mn， 質量含量為〇.048%?0.05%的鈦Ti，質量含量為0.02%?0.04%的鋅Zn以及質量含量為0.04%?0.07%的釩V。
[0048]進一步地，在選取滿足預定成分要求的鋁合金原料的步驟之前，還包括:按照預定成分選取制備所述鋁合金原料的材料；以及對所述材料進行熔煉，制得所述鋁合金原料的過程。其中，目前制取鋁合金原料的制備工藝已相當成熟，具體工藝和過程不在此贅述。
[0049]步驟20:對鋁合金原料進行熔煉，制得鋁合金熔體。
[0050]由于鋁合金原料的融化溫度為700?800°C，這樣就避免了傳統(tǒng)的陶瓷燒結制備過程中的高溫工藝過程，可實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0051]優(yōu)選地，對鋁合金原料進行熔煉，制得鋁合金熔體具體可參照以下步驟進行:將鋁合金原料放置在預定的熔煉裝置內熔煉，使鋁合金原料變?yōu)橐后w狀態(tài)，將熔煉后的鋁合金原料在溫度為690°c?700°C的環(huán)境下進行保溫穩(wěn)定，制得鋁合金熔體，將鋁合金熔體保持在690°C?700°C的溫度下使下述的發(fā)泡反應過程進行的更加順利徹底。
[0052]步驟30:將鋁合金熔體置于發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)高壓空氣入口管、所述穩(wěn)壓腔和氣體通道到達熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫鋁合金。
[0053]為了增大三元催化器載體的比表面積，需在三元催化器載體的質量和體積一定的情況下，盡可能增大三元催化器載體的表面積，本實施例采用發(fā)泡的形式實現(xiàn)，鋁合金原料經(jīng)過熔煉后，保溫至690°C?70(TC后澆注進發(fā)泡器中，高壓空氣經(jīng)過高壓空氣入口管進入高壓穩(wěn)壓腔進行穩(wěn)壓后，經(jīng)過氣體通道被噴射進入熔體澆注模腔，與澆注在發(fā)泡器中的鋁合金恪體反應。
[0054]優(yōu)選地，將鋁合金熔體置于發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)高壓空氣入口管、所述穩(wěn)壓腔和氣體通道到達熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫鋁合金具體可參照以下過程實現(xiàn):
[0055]將鋁合金熔體澆注于熔體澆注模腔內；
[0056]向高壓空氣入口管注入高壓空氣，高壓空氣經(jīng)高壓穩(wěn)壓腔進行穩(wěn)壓形成高壓穩(wěn)壓空氣；
[0057]高壓穩(wěn)壓空氣經(jīng)氣體通道流至熔體澆注模腔內，并注入鋁合金熔體內，在鋁合金熔體內形成高壓空氣通道；采用從鋁合金熔體底部向上注入高壓穩(wěn)壓空氣的方法可以產(chǎn)生足夠的氣泡，并形成連續(xù)的高壓空氣通道，凝固后可形成貫通的孔隙。
[0058]流經(jīng)高壓空氣通道的高壓穩(wěn)壓空氣與高壓空氣通道四周的鋁合金熔體反應，形成多個與高壓空氣通道貫通的孔隙，從而制得泡沫鋁合金；其中，上述提及在鋁合金原料中增加了起發(fā)泡劑作用的石墨成分，高壓穩(wěn)壓空氣中的氧氣與石墨反應生成以高壓空氣通道為主干的樹枝狀互通二氧化碳孔隙，起到增強發(fā)泡的作用。
[0059]對泡沫鋁合金進行冷卻成型。
[0060]具體發(fā)泡反應過程如圖4所示，高壓穩(wěn)壓空氣中的氧氣與熔體中的石墨反應，在高壓穩(wěn)壓空氣上升的過程中又產(chǎn)生大量反應生成的二氧化碳氣體，使鋁合金熔體在凝固點附近產(chǎn)生劇烈沸騰，同時高壓穩(wěn)壓空氣中的氧氣與部分鋁生成片狀氧化鋁，增加了熔體的粘稠度，進一步提高了凝固后材料的空隙率，泡沫鋁合金發(fā)泡越徹底，制得的載體材料的表面積就越大。
[0061]步驟40:對泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料。
[0062]獲得泡沫鋁合金后，需要對其進行有氧氣氛熱處理，使泡沫鋁合金表面生成一層氧化鋁膜，泡沫材料進行氧化的溫度為600?70(TC，進一步避免了高溫工藝過程，實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0063]進一步地，對泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料具體可參照以下過程實現(xiàn):
[0064]將泡沫鋁合金放置于有氧氣氛的熱處理爐內；
[0065]將熱處理爐的溫度設置為640°C?660°C，優(yōu)選地可設置為650°C，保持3h?5h， 優(yōu)選地可設置為3h，制得載體材料。
[0066]獲得泡沫鋁合金材料后，將其放入熱處理爐中在有氧氣氛下進行650°C保持3h， 進行氧化處理，使泡沫鋁合金表面生成一層氧化鋁膜，并使氧化鋁膜長大到穩(wěn)定厚度，即可制得載體材料。氧化熱處理后，泡沫鋁合金材料實質上變成雙層復合材料:表面層為耐高溫的氧化鋁陶瓷材料，芯部為鋁合金材料；表面生成的氧化鋁陶瓷材料可以承受高溫的沖擊， 芯部的鋁合金材料具有良好的塑性以及熱傳導能力，可以將過多的熱量及時散發(fā)出去，防止催化器過熱燒壞。此外，采用上述方式不僅避免了高溫工藝，實現(xiàn)了節(jié)能減排，還大大縮短了制備周期。
[0067]進一步地，在對泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料的步驟之后，還包括:
[0068]在載體材料的外表面涂覆三元催化劑，制得三元催化器載體。三元催化劑的涂覆工藝與傳統(tǒng)三元催化劑的涂覆工藝相同，故不再此贅述。
[0069]以上所述的是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發(fā)明所述的原理前提下還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種發(fā)泡器，其特征在于，包括:發(fā)泡器本體；位于所述發(fā)泡器本體內的腔體隔板，所述腔體隔板將所述發(fā)泡器本體分隔為熔體澆注 模腔和高壓穩(wěn)壓腔；其中，所述腔體隔板上開設有多個連通所述熔體澆注模腔和所述高壓 穩(wěn)壓腔的氣體通道；以及高壓空氣入口管，設置于所述發(fā)泡器本體上，并與所述高壓穩(wěn)壓腔相連通。2.—種三元催化器載體的制備方法，基于如權利要求1所述的發(fā)泡器，其特征在于，包 括:選取滿足預定成分要求的鋁合金原料；對所述鋁合金原料進行熔煉，制得鋁合金熔體；將所述鋁合金熔體置于所述發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)所述高壓空氣入口 管、所述高壓穩(wěn)壓腔和所述氣體通道到達所述熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫 錯合金；對所述泡沫鋁合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料。3.根據(jù)權利要求2所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，在對所述泡沫鋁 合金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料的步驟之后，還包括:在所述載體材料的外表面涂覆三元催化劑，制得所述三元催化器載體。4.根據(jù)權利要求2或3所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，在選取滿足預 定成分要求的鋁合金原料的步驟之前，還包括:按照預定成分選取制備所述鋁合金原料的材料，包括:石墨C、銅Cu、錳Mn、鈦T1、鋅 Zn、釩V和鋁A1 ;對所述材料進行熔煉，制得所述鋁合金原料。5.根據(jù)權利要求4所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，所述滿足預定成 分要求的錯合金原料包括:錯A1以外，還包括:質量含量為8%?10%的石墨C，質量含量 為2.4%?3.0%的銅Cu，質量含量為0? 3%?0? 6%的錳Mn，質量含量為0? 048%?0? 05% 的鈦Ti，質量含量為0.02%?0.04%的鋅Zn以及質量含量為0.04%?0.07%的釩V。6.根據(jù)權利要求2所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，對所述鋁合金原 料進行熔煉，制得鋁合金熔體的步驟包括:將所述鋁合金原料放置在預定的熔煉裝置內熔煉，將熔煉后的鋁合金原料在溫度為690°C?700°C的環(huán)境下進行保溫穩(wěn)定，制得所述鋁 合金熔體。7.根據(jù)權利要求2所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，將所述鋁合金熔 體置于所述發(fā)泡器的熔體澆注模腔內，使其與流經(jīng)所述高壓空氣入口管、所述高壓穩(wěn)壓腔 和所述氣體通道到達所述熔體澆注模腔內的高壓空氣反應，制得泡沫鋁合金的步驟包括:將所述鋁合金熔體澆注于所述熔體澆注模腔內；向所述高壓空氣入口管注入高壓空氣，所述高壓空氣經(jīng)所述高壓穩(wěn)壓腔進行穩(wěn)壓形成 高壓穩(wěn)壓空氣；所述高壓穩(wěn)壓空氣經(jīng)所述氣體通道注入所述鋁合金熔體內，在所述鋁合金熔體內形成 高壓空氣通道；流經(jīng)所述高壓空氣通道的高壓穩(wěn)壓空氣與所述高壓空氣通道四周的鋁合金熔體反應， 形成多個與所述高壓空氣通道貫通的孔隙，從而制得所述泡沫鋁合金；對所述泡沫鋁合金進行冷卻成型。8.根據(jù)權利要求2所述的三元催化器載體的制備方法，其特征在于，對所述泡沫鋁合 金進行有氧氣氛熱處理，制得載體材料的步驟包括:將所述泡沫鋁合金放置于有氧氣氛的熱處理爐內；將所述熱處理爐的溫度設置為640°C?660°C，保持3h?5h，制得所述載體材料。
【文檔編號】B01D53/56GK106032556SQ201510108645
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發(fā)明人】孫雪迎, 蘇方旭, 張艷青, 馬世博, 張博, 向清華, 白雙全, 李德全, 賀燕銘, 馬童立, 田安民, 周啟順
【申請人】北京汽車動力總成有限公司