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金属蜂窝在汽车等地面交通工具的应用

访问量: 发表时间:2017/7/20 8:41:21  所属分类:公司动态

目前所有汽车基本上使用的净化器均是“陶瓷芯体”的催化净化器,但是陶瓷载体普遍存在着机械强度低、易脆性等缺点,。另一方面,陶瓷材料荲青石对催化剂的毒化作用使其转化率与使用时间成反比,一般其同一标准实际达标寿命仅在3~5万公里范围内。目前陶瓷载体的净化器,由于导热性较差,一般在汽车启动后至少120 秒以后才能开始工作。因此,近年来研制开发性能更为优良的金属蜂窝载体及其催化转化器在国内外都备受关注,这是因为金属蜂窝载体一般具有蜂窝陶瓷载体所不能比拟的独特的性能,例如:金属载体良好的导热性能和低的热容量有利于催化剂的快速起燃,并且能够及时将催化剂燃烧所产生的热量散发从而避免局部过热;金属载体壁厚的可减薄性有助于减少发动机功率损耗;金属载体的高机械强度,不易发生脆裂,使得金属载体的净化器能使用到与汽车的“法定”寿命同步;另外还具有如高温耐久性及加工便利等诸多优点。目前在国外金属载体已经开始批量化生产。

金属载体由薄片状、耐高温、耐腐蚀的金属带由特制的滚压机压制成波纹行条状,再沿条状金属平面卷制而成,形成正弦波蜂窝结构。高度及波纹间距可以控制蜂窝尺寸及单位面积上蜂窝数量。其外壳一般由具有良好抗氧化性、可焊接性以及对耐高温气体腐蚀性的低合金钢来制作,而对于其中的载体卷制材料则要求要有高的可塑性及可焊接性,目前最具应用价值的是FeCrAl合金。

H.Nakamure等认为[2] ,HSCT(high speed civil transport)成功的关键在于耐热、轻质、低成本材料/结构的开发与发展,而金属蜂窝夹层结构便是这样一种有希望的结构,可广泛应用于船舶、高速火车、汽车及房屋建筑和高桥结构。具体来说,利用金属峰窝吸能减震、高比刚度的优良性能,可制造汽车、火车、轮船等地面交通工具的前部和尾部的防护杆以及顶篷,还可以用作减震装置;利用其隔音性能,制成金属蜂窝隔音夹层板。但就目前来看,技术和工艺还不够完善和成熟,应用还局限在一定范围之内,还需要加强理论研究和加大开发力度。相对而言,已进入实际应用领域并渐显优越性的则是汽车尾气催化净化器.

金属蜂窝具有的优良特性,在汽车尾气催化处理器上有着很好的应用潜力。与传统的陶瓷载体相比,金属蜂窝载体具有起燃温度低(据报道[3] ,汽车排放污染物的6O ~8O 来自于冷启动后的120s,因此要求催化净化器载体热容量小,起燃温度低)、净化效率高、排气背压小、高比表面积、高机械强度、抗氧化 性和震动性优良等优点。利用金属的导热性,金属蜂窝载体使人们利用非尾气加热催化剂成为可能;利用金属的导电性,采用电加热金属蜂窝载体,命名催化剂能在30s内达到起燃温度(350℃)。近几年,国外一些高级轿车上,已开始采用抗氧化性优良的不锈钢箔或合金制成的金属峰窝载体。

早在2O世纪6O年代初,美国就开发出第一代金属蜂窝载体催化器,它的载体是由平楞和瓦楞型的金属薄片相叠后卷绕而成的圆柱型基体和外壳组合而成,但是金属薄片之间以及基体与外壳之间的粘接问题没有解决,直到20世纪80年代,使用真空硬焊接工艺,才解决了金属蜂窝载体的固定问题。近来,一种具有径向结构(transversal structure,简称TS)的金属蜂窝载体应运而生。该载体孔道表面为波纹状,使气体从层流变为湍流,从而大大提高了废气与孔道表面的接触面积、传热与传质,进一步提高了催化效率。

金属蜂窝载体的不足在于:耐热性较差;制备工艺更严格;在剧烈温度变化下载体和催化剂涂层结合的牢固性问题难以解决。解决办法:加强耐热合金材料的开发与研究;多元复合材料将是其发展方向之一。研究在合金中添加稀土金属的工艺与配方,例如在耐热合金中加入铈、铱、钍等可提高其抗氧化能力,只需加入0.2 Ce,便可使使用寿命提高5倍,还可以增强表面膜和合金之间的结合力。寻求载体成型的简化工艺或新工艺,净成型工艺将是其发展方向之一。例如,作者所在课题组采用粉末挤压成型技术已成功开发出高性能的金属蜂窝载体,基本解决了上述问题。


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