在金属载体上制备玻璃陶瓷涂层的方法技术

本发明专利技术属于汽车尾气净化领域，具体涉及一种在对柴油和汽油发动机尾气进行净化处理的处理器上，在金属合金载体上制备的玻璃陶瓷涂层及该涂层的制备方法。各种氧化物占玻璃涂层总质量的百分比为：２５－６５％的氧化硅和５．０－２７％的氧化硼，其余为氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化铝、氧化钙、氧化锶、氧化锆、氧化锌、氧化钯、氧化钡、氧化镁、氧化钼、氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铈和氧化铜中３－９种化合物的混合。本发明专利技术在金属载体上所制备的玻璃涂层能够有效地提高催化剂的机械强度，包括耐磨性、硬度、抗压强度和耐冲击性等；并且提高催化剂的反应活性中心，从而提高催化剂的活性，节省活性成分，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车尾气净化领域，具体涉及一种在对柴油和汽油发动机尾气进行净化处理的处理器上，在金属合金载体上制备的玻璃陶瓷涂层及该涂层的制备方法。
技术介绍
柴油机自1892年问世以来，凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点在各种动力装置、船舶和车辆上得到日益广泛的应用。随着柴油机的增加和人们环保意识的增强，柴油机对空气的污染问题日益突出。现有的柴油机排气控制对策技术包含发动机技术、后处理技术和燃油技术等三个方面的内容。其中后处理技术主要有四种氧化催化剂技术、微粒捕集器(或微粒物过滤器)技术、NOx催化剂技术、微粒物和NOx同时净化技术。目前广泛使用三元催化剂净化汽车尾气。三元催化净化法是使用一种具有氧化还原能力的三元催化剂，既用铂、钯和铑贵金属的组合，能同时将柴油机尾气中的NOx、CO和HC催化使其在最终排入大气时转换为N2、CO和H2O，对于净化柴油机尾气中的CO、HC和NOx有着很好的效果，已经成为当今柴油机特别是汽车排气净化催化剂的主流。三元催化剂作为多相催化反应使用的固体催化剂常由活性组分、助催化剂及载体三部分组成。载体主要是承载活性组分和助催化剂，改进催化剂的物理性能。载体用于催化剂的制备上，最初的目的是节约贵金属材料(如铂、钯等)，同时提高催化剂的机械强度。后来，由于使用不同载体而使催化剂活性产生差异，影响着净化器的净化效果，因此才对载体其他方面的作用进行了研究。在汽车尾气净化器采用的载体材料中，目前得到广泛应用的是陶瓷材料。陶瓷载体材料的热稳定性好，热膨胀系数小，但是陶瓷载体材料存在热容量大、热导率低、机械强度低等缺点。陶瓷载体的强度较低和抗冲击性能较弱因而降低了载体的寿命。同时由于陶瓷载体的热容量大，加热升温慢，所以必须采取其它措施才能使汽车冷启动时的污染物排放得到有效的控制。此缺点限制了催化净化器的净化效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是在汽车尾气处理器的金属载体上提供一种具有抗高温氧化的、与金属载体表面和担载的催化剂有着较强吸附能力的玻璃陶瓷涂层及在金属载体上制备该玻璃陶瓷涂层的方法。本专利所述的玻璃陶瓷涂层是在已有的金属载体上涂覆的，该玻璃陶瓷涂层的成份为钾、钠、铝、钙、锶等金属氧化物(如K2O、NaO、Al2O3、CaO、SrO等)和硅、硼的氧化物(SiO2、B2O3)，各种氧化物占玻璃涂层总质量的百分比为25.0-65.0％的氧化硅(SiO2)和5.0-27.0％的氧化硼(B2O3)，其余为氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化锂(Li2O)、氧化铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化锆(ZrO)、氧化锌(ZnO)、氧化钯(PbO)、氧化钡(BaO)、氧化镁(MgO)、氧化钼(MoO3)、氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)、氧化钴(CoO)、氧化铈(Cr2O3)和氧化铜(CuO)中3-9种化合物的混合。玻璃涂层中加入的的各种氧化物在玻璃涂层中的作用按照元素与氧结合的单间能(化合物分解能与配位数之商)的大小和能否生成玻璃，可以将氧化物分为网络生成体氧化物，例如SiO2、B2O3；网络修饰体氧化物不能单独生成玻璃涂层，例如Li2O、K2O、Na2O、CaO、SrO、BaO；中间体氧化物(比碱金属氧化物和碱土金属化合价高而配位数小的阳离子)，例如ZnO、Al2O3、MgO。氧化铜(CuO)氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)、氧化钴(CoO)是玻璃涂层中的密着剂，是增加玻璃涂层的结合力；氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钠(NaO)、氧化锂(Li2O)、氧化铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)是增加表面活性，增加表面张力的作用；氧化硼(B2O3)、氧化钾(K2O)、氧化钯(PbO)有表面活性，富集到表面层而降低表面张力的作用；氧化铈(Cr2O3)、氧化钼(MoO3)等氧化物加入量少可剧烈降低表面张力。氧化钙(CaO)钙离子的引入可以降低玻璃的高温粘度，含量过多使玻璃脆性增大。氧化镁(MgO)以氧化镁代替氧化钙，使玻璃结构疏松，导致玻璃密度和硬度下降，可以降低玻璃的析晶能力。氧化钡(BaO)提高玻璃折射率，色散，防辐射和助熔。氧化锌(ZnO)适当提高玻璃的耐碱性，但是用量过多会增大玻璃的折晶倾向。氧化钯(PbO)在硅酸盐熔体中的高度助熔性。氧化铝(Al2O3)Na2O/Al2O3＜1，使玻璃结构趋向紧密，使玻璃许多性能得以改善，但是对玻璃的电学性能有不良影响。氧化硼(B2O3)是玻璃形成氧化物，有良好助熔性，降低玻璃的高温粘度，提高玻璃的低温粘度。金属载体要通过浸渍、阴干、干燥、煅烧，最后在金属载体表面形成1-3微米的玻璃涂层。本专利玻璃陶瓷涂层的制备方法包括如下步骤一、玻璃溶液的制备a)首先将玻璃涂层中各物质的硝酸盐加蒸馏水配制成一定质量浓度的溶液，进一步地配制浓度为0.1-99.9％的溶液，更进一步配制浓度范围如下的溶液硝酸钠(NaNO3) 5-50％硝酸钾(KNO3) 5-25％硝酸锂(LiNO3) 5-20％九水硝酸铝(Al2(NO3)39H2O) 5-38％四水硝酸钙(Ca(NO3)24H2O)5-30％硝酸锶(Sr(NO3)2) 5-30％硝酸锆(Zr(NO3)2) 5-20％硝酸锌(Zn(NO3)2) 5-25％硝酸钯(Pb(NO3)2) 5-15％硝酸钡(Ba(NO3)2) 5-24％硝酸镁(Mg(NO3)2) 5-50％硝酸钼(Mo(NO3)6) 5-20％六水硝酸锰(Mn(NO3)26H2O)5-80％六水硝酸镍(Ni(NO3)26H2O)5-50％六水硝酸钴(Co(NO3)26H2O)5-50％六水硝酸铈(Cr(NO3)36H2O)5-26％三水硝酸铜(Cu(NO3)23H2O)5-55％再配制质量浓度为5-20％的硼酸的蒸馏水溶液，然后将上述任意3-9种硝酸盐的混合溶液和硼酸溶液混合，在50℃-60℃温度下搅拌0.5-1小时，直到固体盐全部溶解；b)称量10-20毫升的正硅酸乙酯溶液；然后将4-5毫升浓度为85％的乙醇，1-2毫升的水和0.1-1毫升浓度为65％的硝酸混合均匀搅拌，最后以1ml-2.5ml/min的速度将配好的混合溶液倒入到正硅酸乙酯中搅拌，最终形成透明的溶液；c)将步骤a)得到的硼酸和硝酸盐的混合溶液以1ml-2.5ml/min的速度倒入正硅酸乙酯混合溶液中，不断的搅拌，最终形成的混合溶液即为玻璃涂层溶液，混合溶液中硼酸溶液(即没混和以前已配好的硼酸蒸馏水溶液)的质量百分比25％-50％，硝酸盐溶液(没有和硼酸溶液、正硅酸乙酯溶液混合以前的各种硝酸盐蒸馏水溶液之和)的质量百分比为13％-53％，正硅酸乙酯溶液(没和硼酸溶液、硝酸盐溶液混和前的正硅酸乙酯、蒸馏水、乙醇、硝酸之和)的质量百分比为22％-62％。二、金属载体表面进行预处理对单质金属、二元合金、不锈钢、铁铬铝合金等载体在涂覆上述的玻璃涂层前应该对载体表面进行预处理，因为金属载体只有经过预处理后，涂层才光滑，厚度才均匀，并克服了龟裂、剥落现象。预处理的过程如下首先，利用喷砂机将金属载体进行喷砂处理其步骤为1、将载体所不需要喷砂的部位用防护蜡或防护胶纸封上作保护。贴防护胶纸或点防护蜡时，线条要流畅、整齐。2、选择直径为0.3-1毫米的本文档来自技高网...

【技术保护点】
在金属载体上制备的玻璃陶瓷涂层，其特征在于：各种氧化物占玻璃涂层总质量的百分比为：２５．０－６５．０％的氧化硅和５．０－２７．０％的氧化硼，其余为氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化铝、氧化钙、氧化锶、氧化锆、氧化锌、氧化钯、氧化钡、氧化镁、氧化钼、氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铈和氧化铜中３－９种化合物的混合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩炜，郭淑丽，黄健，刘光辉，牛晓巍，周亮，维基瓦列里，波罗金维克多，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]