[发明专利]高温合金上的陶瓷涂层结合强度的提高

说明书

提供了用于提高排气后处理装置(例如选择性催化还原(SCR)装置)上游的排气后处理系统中的温度的系统。在一种形式中，系统包括暴露于排气流和至少200℃的温度的排气流内的部件。部件的至少一个表面包括粘附的陶瓷涂层，其起到加速排气流加热的催化剂的作用。在另一种形式中，第二催化剂粘附在陶瓷涂层上。部件可以是涡轮增压器的一部分或多个部分，例如喷嘴、叶轮、流道和叶片。

技术领域

本公开涉及排气后处理系统，例如在柴油发动机排气中使用的排气后处理系统，并且更具体地涉及催化剂在减少来自排气的有害排放物方面的改进性能。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

在机动车辆运行期间，产生在排气后处理系统中处理的排放物以减少有害污染物。这些污染物除其他之外还包括未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)等。排气的处理通常包括催化剂(例如选择性催化还原(selectivecatalyst reduction，SCR)催化剂)，其转化或去除排气中所包含的污染物。

在发动机启动后的最初几分钟或“冷启动”期间，发动机缸体和冷却剂温度较低。因此，排气处于较低温度，与较高温度下的稳态操作相比，这降低了催化剂的效率。

而且，现代重型发动机通常是涡轮增压的。当排气通过涡轮增压器时，由于热能被提取到压缩机并加热涡轮机壳体，因此排气温度降低。这种温度降低延迟了冷启动期间下游氧化催化剂和SCR(选择性催化剂还原)催化剂的起燃。在某些情况下，大约90％的气体排放物在下游催化剂加热和发挥作用之前逃逸到排气尾管。

通过本公开解决了排气后处理系统中的这些冷启动问题。

发明内容

在本公开的一种形式中，提供了一种用于提高排气后处理装置(例如选择性催化还原(SCR)装置)上游的排气后处理系统中的温度的系统。该系统包括暴露于排气流和至少200℃的温度的排气流内的部件，其中该部件的至少一个表面包括粘附的陶瓷涂层，该陶瓷涂层起到催化剂的作用以加速靠近该部件的排气流的加热。此外，第二催化剂可以粘附到陶瓷涂层。在这种形式的变体中，第二催化剂可以浸渍在陶瓷涂层内。第二催化剂涂覆在陶瓷涂层上，可以是至少一种稀土金属并且可以选自包括氧化催化剂和选择性催化还原(SCR)催化剂及其组合的组。一种形式的陶瓷涂层是选自包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铈锆及其组合的组的材料，其中陶瓷涂层还可以包含至少一种稀土稳定剂。稀土稳定剂可以选自包括氧化镧和氧化铈、以及它们的组合的组。

在一种形式中，陶瓷涂层是通过沉积工艺粘附的。一种形式的沉积工艺是阴极等离子体电沉积(cathode plasma electrodeposition，CPED)工艺，其具有100V-2000V的脉冲电压和50Hz-2000Hz的频率。在另一种形式中，沉积工艺选自包括热喷涂、等离子喷涂、薄膜、厚膜和溶胶-凝胶的组。

此外，陶瓷涂层和第二催化剂中的至少一个通过热处理进一步粘附到部件上。部件还可以包括在沉积工艺之前暴露于陶瓷涂层的氧化层，可以使用热处理工艺形成该氧化层。

在本公开的另一形式中，提供了一种用于提高排气后处理装置上游的排气后处理系统中的温度的涡轮增压器。涡轮增压器被构造成布置在排气流内并暴露于排气流和至少200℃的温度，其中涡轮增压器的部件的至少一个表面包括充当催化剂以加速靠近涡轮增压器的排气流的加热的粘附的陶瓷涂层和第二催化剂。作为示例，涡轮增压器部件可以包括喷嘴、叶轮、流道和叶片以及它们的组合。在一种形式中，涡轮增压器的部件是金属材料，其选自包括Ni超合金、TiAl合金、陶瓷基复合材料和不锈钢的组。