[发明专利]一种多孔金属载体及其制备方法

说明书

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卷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/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。

所述的功能金属涂层的厚度优选30μm～300μm。

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℃～3000℃。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℃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/m²；在基体金属层之上是FeCrAl功能金属涂层，涂层的厚度是30μm，涂层中铬占总重量的12％，铝占2％。

制备方法：首先采用化学镀镍—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30μm后停止送丝；最后对功能涂层在1500℃温度以上进行火焰重熔。