一种多孔金属载体及其制备方法

专利名称：一种多孔金属载体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别是涉及一种多孔金属载体及其制备方法。
背景技术：
在机动车尾气净化器中，目前国内大部分采用陶瓷蜂窝材料作为尾气净化催化剂载体， 而国外普遍采用金属蜂窝材料。与陶瓷载体相比，金属载体具有下述优点1)热容量小，热 导率高，尾气起燃迅速；2)机械强度优良，防震性能好，使用寿命长；3)开孔率高，排气 背压低，有利于提高发动机性能，经济性好；4)结构多样，比表面积高，可有效提高催化活 性和尾气净化率。随着国家对机动车尾气排放标准要求越来越严格，金属蜂窝载体将逐步取 代陶瓷蜂窝载体。目前国内外金属载体一般经由金属箔材轧制巻制钎焊组装等工艺成型，成本高，同时为 了保证箔材的加工性能，铬铝含量受限，牺牲了其抗高温氧化性能。经轧制成型的金属载体 孔道平直、表面光滑，造成催化剂附着力差、单位体积比表面积小，从而限制了催化剂的使 用效率。发明内容本发明旨在提供一种孔隙率高、单位体积比表面积大、气流扰动性好、耐高温氧化性能 优良、催化剂使用效率高的多孔金属载体，并提供一种工艺简单、成本低的制备方法。 本发明的技术方案如下本发明之多孔金属载体结构如下具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构， 第一层为基体金属层，基体金属层包含下述金属中的一种或多种镍、铁或铜，基体金属层 的金属量^100g/m、在基体金属层之上是MCrAl或MCrAlR的功能金属涂层，其中M为Fe、 Ni、 Co或它们的合金，R为稀土元素。所述的功能金属涂层的厚度优选3(Vm 300^m。所述功能金属涂层中铬的重量最好占总涂层重量的12% 28%;铝的重量最好占总涂层 重量的2% 7%。本发明制备方法包括以下步骤首先对韧性非金属多孔基材进行金属化预处理，形成基体金属层，再采用热喷涂工艺在基体金属层上喷涂MCrAl或MCrAlR的功能金属涂层，最后对 功能涂层进行火焰重熔或感应重熔。在热喷涂之前，可以通过焚烧或有机试剂分解等方式预 先去除韧性非金属多孔基材。所述的热喷涂工艺可采用电弧喷涂、火焰喷涂等工艺，选用直径为1.6 2.0mm的与所 形成的功能金属涂层组成的金属丝材，送丝速度1.0 2.0m/min，气体压力为0.5 MPa 0.8MPa,喷涂距离是100 250mm。所述的火焰重熔或感应重熔的温度宜为1500'C 3000'C 。 所述的韧性非金属多孔基材可选用下述材料中的一种无纺布、聚酯海绵、聚醚海绵、棉布、 化纤织物、纤维网、纤维布。金属化预处理可采用目前常规的非金属基材金属化工艺，如化 学镀和电镀复合工艺、物理气相沉积和电镀复合工艺等，在韧性非金属多孔基材上镀覆足够 量的基体金属层。与现有技术的材料及其制备方法相比，本发明具有以下优点(1)本发明之多孔复合 金属材料的功能金属涂层克服了金属材料在高温下不耐氧化的缺陷，在1000'C保温2小时， 其氧化增重不超过6% 10%; (2)本发明之多孔复合金属材料与经轧制成型的金属箔材相 比，它呈三维多孔结构，孔隙率很高， 一般在85%以上，材料单位体积的比表面积很大，孔 道表面粗糙，因此，用作汽车的尾气净化催化剂载体时，催化剂的附着力好，气流在载体内 的扰动性良好，尾气可充分接触载体表面，提高催化剂的利用率及效果(3)本发明的制 备方法，由于采用韧性非金属多孔基材作为多孔模板，容易获得三维多孔结构；与轧制金属箔材的机械制备法相比，无需使用大量机械加工成型设备，不必采用整块金属箔材，大大简 化了制备工艺，降低了成本，同时由于铝含量的提高而增强了涂层抗高温氧化性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护 范围的限制。 实施例1本实施例之多孔金属载体，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，基体金属层为镍铁合金，金属量1500g/m、在基体金属层之上是FeCrAl功能金属涂层，涂层的厚度 是30pm，涂层中铬占总重量的12%，铝占2%。制备方法首先釆用化学镀镍一电镀镍铁合金的联合工艺，在聚酯海绵基材上镀覆基体 金属层，金属量为1500g/m2;再采用火焰热喷涂工艺在基体金属层上喷涂FeCrAl功能金属涂 层，热喷涂时选用直径为1.6mm的FeCrAl金属丝，金属丝中铬占总重量的12%,铝占总重 量的2%，余量为铁，送丝速度2.0m/min，气体压力为0.5MPa,喷涂距离是100mm，喷涂至 厚度30pm后停止送丝；最后对功能涂层在150(TC温度以上进行火焰重熔。经检测，该复合材料的孔隙率达到95%,在100(TC保温2小时，其氧化增重约8.8%。 实施例2本实施例之多孔金属合金材料，基体金属层为镍铜铁合金，金属量500g/m、在基体金 属层之上是NiCrAl功能金属涂层，涂层的厚度是100nm，铬占总重量的20%,铝占4%。制备方法首先采用化学镀铜一电镀镍铁合金的联合工艺，在聚醚海绵基材上镀覆基体 金属合金层，'金属量为500g/m2;然后焚烧去除海绵基材；再采用电弧热喷涂工艺在基体金 属层上喷涂NiCrAl功能金属涂层，热喷涂选用直径为1.8mm的NiCrAl金属丝，金属丝中 铬占总重量的20%，铝占总重量的4%,余量为镍，送丝速度1.5m/min，气体压力0.7MPa， 喷涂距离150mm，电压32V，电流IOOA，喷涂至厚度lOOpm后停止送丝；最后在2500°C 温度下进行火焰重熔。经检测，该复合材料的孔隙率达到95%，在100(TC保温2小时，其氧化增重约7.5%。 实施例3本实施例之多孔金属载体，基体金属层为镍铜铁合金，金属量150g/m2;在基体金属层 之上是NiCrAl-Y功能金属涂层，涂层的厚度是250pm,涂层中铬占总重量的15%，铝占5%， 钇占1%。制备方法首先采用化学镀镍一电镀镍的联合工艺，在棉布基材上镀覆基体金属镍层， 金属量为150g/m2;然后焚烧去除棉布基材；再采用电弧热喷涂工艺在基体金属层上喷涂 NiCrAl-Y功能金属涂层，热喷涂时选用直径为2mm的NiCrAl-Y金属丝，金属丝材中铬占 总重量的15Q/。,铝占总重量的5o/。，乾占总重量的l。/。，送丝速度1.0m/min，气体压力为0.8MPa， 喷涂距离是200mm，电压30V，电流200A,喷涂至厚度250^im后停止送丝；最后对功能涂 层在200(TC温度下进行火焰重熔。经检测，该复合材料的孔隙率达到85%，在1000'C保温2小时，其氧化增重约8%。实施例4本实施例之多孔金属载体，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，基 体金属层镍铜合金，金属量100g/m、在基体金属层之上是FeCrAl-混合稀土功能金属涂层。 涂层的厚度是30(^m，涂层中铬占总重量的28%，铝占7%，混合稀土占2%。制备方法首先采用化学镀镍一电镀钴的联合工艺，在纤维网基材上镀覆基体金属合 金层，金属量为lOOg/m2;再在基体金属层上火焰热喷涂FeCrAl-混合稀土功能金属涂层， 热喷涂时选用直径为1.7mm的FeCrAl-混合稀土NiCrAl-Y金属丝，金属丝中铬占总重量的 28%，铝占7%,混合稀土占2%,送丝速度1.8m/min，气体压力为0.8MPa，喷涂距离是180mm， 喷涂至厚度300pm后停止送丝；最后对功能涂层在300(TC温度下进行火焰重熔。经检测，该复合材料的孔隙率达到95%，在1000'C保温2小时，其氧化增重约6.5%。
权利要求
1. 一种多孔金属载体，其特征在于具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，第一层为基体金属层，基体金属层包含下述金属中的一种或多种镍、铁或铜，基体金属层的金属量≥100g/m2；在基体金属层之上是MCrAl或MCrAlR的功能金属涂层，其中M为Fe、Ni、Co或它们的合金，R为稀土元素。
2、 如权利要求1所述的多孔金属载体，其特征在于所述的功能金属涂层的厚度为 30jim 300(im。
3、 如权利要求1或2所述的多孔金属载体，其特征在于所述的功能金属涂层中，铬 的重量占总涂层重量的12% 28%，铝的重量占总涂层重量的2% 7%。
4、 如权利要求1或2或3所述的多孔金属载体的制备方法，其特征在于包括以下步 骤首先对韧性非金属多孔基材进行金属化预处理，形成基体金属层，再采用热喷涂工艺在 基体金属层上喷涂MCrAl或MCrAlR功能金属涂层，最后对功能涂层进行火焰重熔或感应 重熔。
5、 如权利要求4所述的多孔金属载体的制备方法，其特征在于所述的热喷涂工艺中， 选用直径为1.6mm 2.0mm且组成与所形成的功能金属涂层组成相同的金属丝材，送丝速度 1.0m/min 2.0m/min，气体压力为0.5 MPa 0.8MPa,喷涂距离为100 mm 250mm。
6、 如权利要求4或5所述的多孔金属载体的制备方法，其特征在于所述的火焰重熔 或感应重熔的温度为1500°C 3000°C。
7、 如权利要求4或5所述的多孔金属载体的制备方法，其特征在于所述韧性非金属 多孔基材为无纺布、聚酯海绵、聚醚海绵、棉布、化纤织物、纤维网、纤维布中的一种。
8、 如权利要求6所述的多孔金属载体的制备方法，其特征在于所述韧性非金属多孔 基材为无纺布、聚酯海绵、聚醚海绵、棉布、化纤织物、纤维网、纤维布中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种多孔金属载体及其制备方法，该多孔金属载体具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，第一层为基体金属层，基体金属层包含下述金属中的一种或多种镍、铁或铜，基体金属层的金属量≥100g/m²；在基体金属层之上是MCrAl或MCrAlR的功能金属涂层，其中M为Fe、Ni、Co或它们的合金，R为稀土元素。制备方法首先对非金属多孔基材进行金属化预处理，形成基体金属层，再采用热喷涂工艺在基体金属层上喷涂包含铬和铝的功能金属涂层，最后对功能涂层进行火焰重熔或感应重熔。本发明的材料孔隙率高、比表面积大、强度高、气流扰动性良好、耐高温氧化性能优良，制备方法工艺相对简单、成本低。
文档编号C23C4/06GK101229699SQ20071003431
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月25日 优先权日2007年1月25日
发明者飞 熊, 蒋素斌, 贺持缓, 陶维正 申请人:长沙力元新材料股份有限公司