本發(fā)明涉及觸媒轉(zhuǎn)化器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

汽車尾氣凈化器中的觸媒轉(zhuǎn)化器是蜂窩狀過濾器，負(fù)責(zé)將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉(zhuǎn)化為無害的H₂O、CO₂、N₂，主要的性能要求是足夠的比表面積、強(qiáng)度、抗氧化、抗腐蝕、以及耐高溫性。汽車尾氣凈化器對(duì)我國環(huán)保及霧霾控制起著至關(guān)重要的作用，每年該產(chǎn)品的市場價(jià)值約30億元人民幣。

由于蜂窩網(wǎng)孔密集，傳統(tǒng)制備金屬基觸媒轉(zhuǎn)化器方法主要是采用合金薄片卷疊工藝制備，需要先將合金軋制成薄片，要求合金有極高的延展性，因此極大限制了合金成分設(shè)計(jì)的自由度，限制蜂窩狀合金材料與汽車尾氣的接觸面積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料及其應(yīng)用，該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料具有較大的比表面積。

本發(fā)明提供了一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料，由以下方法制得：

a)、將顆粒平鋪后，得到當(dāng)前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金；

b)、采用激光束將所述當(dāng)前層按照預(yù)設(shè)當(dāng)前層的蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓進(jìn)行掃描，使顆粒燒結(jié)，得到截面層；

c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復(fù)步驟a)和步驟b)，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

優(yōu)選地，所述Fe-Cr-Al合金中Cr的質(zhì)量含量大于等于5％且小于80％，和Al的質(zhì)量含量大于等于5％且小于80％；

所述Ni-Cr合金中Cr的質(zhì)量含量大于等于10％且小于80％；

所述Fe-Mo-W合金中Mo的質(zhì)量含量大于等于10％且小于等于60％，和W的質(zhì)量含量大于等于5％且小于等于60％。

優(yōu)選地，所述步驟b)中蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓中的蜂窩結(jié)構(gòu)的形狀為三角形、方形、六角形或圓形。

優(yōu)選地，所述步驟a)顆粒選自Fe-20Cr-20Al合金、Ni-35Cr合金或Fe-30Mo-20W合金。

優(yōu)選地，所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的孔隙尺寸為600～2400。

優(yōu)選地，所述步驟b)中燒結(jié)的溫度為1250℃～1950℃。

優(yōu)選地，所述步驟b)中激光束的功率為100～1500W。

優(yōu)選地，所述步驟b)中掃描的間距為0.005～0.07mm；所述掃描的速度為50～1200mm/s。

優(yōu)選地，所述步驟a)中顆粒的粒度為1～50微米。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料，由以下方法制得：a)、將顆粒平鋪后，得到當(dāng)前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金；b)、采用激光束將所述當(dāng)前層按照預(yù)設(shè)當(dāng)前層的蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓進(jìn)行掃描，使顆粒燒結(jié)，得到截面層；c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復(fù)步驟a)和步驟b)，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。本發(fā)明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預(yù)設(shè)的蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙形狀、尺寸以及分布，結(jié)合激光選區(qū)熔化3D打印法，一步到位打印具有規(guī)則立體孔隙通道分布的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的制備方法可自由設(shè)計(jì)蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實(shí)現(xiàn)更大的比表面積，力求達(dá)到與尾氣接觸面積的最大化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的比表面積最大可達(dá)到62cm²/cm³；蜂窩結(jié)構(gòu)的孔壁厚度可達(dá)到50.8微米；蜂窩每平方英寸蜂窩孔數(shù)可達(dá)到2400目。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料，由以下方法制得：

a)、將顆粒平鋪后，得到當(dāng)前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金；

b)、采用激光束將所述當(dāng)前層按照預(yù)設(shè)當(dāng)前層的蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓進(jìn)行掃描，使顆粒燒結(jié)，得到截面層；

c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復(fù)步驟a)和步驟b)，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

本發(fā)明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預(yù)設(shè)的蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙形狀、尺寸以及分布，結(jié)合激光選區(qū)熔化3D打印法，一步到位打印具有規(guī)則立體孔隙通道分布的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。該方法可自由設(shè)計(jì)蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實(shí)現(xiàn)更大的比表面積，力求達(dá)到與尾氣接觸面積的最大化。另外，該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料具有優(yōu)異的抗氧化性和耐腐蝕性。

本發(fā)明將顆粒平鋪后，得到當(dāng)前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金。在本發(fā)明中，所述顆粒優(yōu)選為球形或類球形；所述顆粒的粒度優(yōu)選為1～50微米，更優(yōu)選為2～30微米。本發(fā)明優(yōu)選采用熔融霧化造粒的方法制備顆粒。所述Fe-Cr-Al合金的制備方法優(yōu)選包括：將鐵、鉻和鋁混合熔融，霧化造粒，得到Fe-Cr-Al合金。所述Ni-Cr合金的制備方法優(yōu)選包括：將鎳和鉻混合熔融，霧化造粒，得到Ni-Cr合金。所述Fe-Mo-W合金的制備方法優(yōu)選包括：將鐵、鉬和鎢混合熔融，霧化造粒，得到Fe-Mo-W合金。

在本發(fā)明中，所述Fe-Cr-Al合金中Cr的質(zhì)量含量優(yōu)選大于等于5％且小于80％，和Al的質(zhì)量含量大于等于5％且小于80％；在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述Fe-Cr-Al合金具體為Fe-20Cr-20Al合金。

在本發(fā)明中，所述Ni-Cr合金中Cr的質(zhì)量含量優(yōu)選大于等于10％且小于80％；在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述Ni-Cr合金具體為Ni-35Cr合金。

在本發(fā)明中，所述Fe-Mo-W合金中Mo的質(zhì)量含量優(yōu)選大于等于10％且小于等于60％，和W的質(zhì)量含量大于等于5％且小于等于60％；在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述Fe-Mo-W合金具體為Fe-30Mo-20W合金。

本發(fā)明提供的方法可以改進(jìn)常規(guī)合金成分，最大限度提高其制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的抗氧化性和耐腐蝕性，不必考慮合金的延展性問題。

得到當(dāng)前層后，本發(fā)明采用激光束將所述當(dāng)前層按照預(yù)設(shè)當(dāng)前層的蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓進(jìn)行掃描，使顆粒燒結(jié)，得到截面層。在本發(fā)明中，所述蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓中的蜂窩結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)選為三角形、方形、六角形或圓形。在本發(fā)明中，所述激光束的功率優(yōu)選為100～1500W，更優(yōu)選為375～425W。所述掃描的間距優(yōu)選為0.005～0.07mm；所述掃描的速度優(yōu)選為50～1200mm/s。所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1250℃～1950℃。

得到截面層后，本發(fā)明在所述截面層上再次平鋪顆粒重復(fù)步驟a)和步驟b)，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

在本發(fā)明中，所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的每平方英寸蜂窩孔數(shù)優(yōu)選為600～2400，更優(yōu)選為900～2400；在具體實(shí)施例中，所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的每平方英寸蜂窩孔數(shù)為600，900，2400。所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的蜂窩結(jié)構(gòu)的孔壁厚度可以達(dá)到微米級(jí)別；優(yōu)選小于等于35微米。本發(fā)明優(yōu)選采用三維繪圖軟件設(shè)計(jì)蜂窩結(jié)構(gòu)材料的孔隙形狀，尺寸以及分布。

本發(fā)明提供的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的蜂窩幾何形狀、尺寸可以自由設(shè)計(jì)，力求達(dá)到與尾氣的接觸面積、轉(zhuǎn)化效率的最優(yōu)化；采用的制備蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的原料包括不銹鋼系列、抗氧化的高溫合金系列和耐熱合金系列。

本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉(zhuǎn)化器負(fù)責(zé)將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉(zhuǎn)化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料及其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

將質(zhì)量比為60：20：20的鐵、鉻和鋁混合熔融，霧化造粒，得到平均粒度為40微米的球形或近球形的Fe-20Cr-20Al合金顆粒；

a)、將Fe-20Cr-20Al合金平鋪后形成當(dāng)前層；

b)、采用功率為375～425W激光束按照預(yù)設(shè)的當(dāng)前層截面輪廓進(jìn)行掃描，掃描的間距為0.06mm，掃描的速度為1000mm，所述蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓中的蜂窩結(jié)構(gòu)的形狀為三角形，使球形或近球形顆粒1250℃～1950℃下燒結(jié)，形成截面層，截面層的剖面圖，如圖1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；由圖1可以看出：截面層的蜂窩結(jié)構(gòu)為三角形。

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復(fù)上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

本發(fā)明對(duì)實(shí)施例1制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的性能參數(shù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～3制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的性能參數(shù)：

表1本發(fā)明實(shí)施例1～3制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的性能參數(shù)

本發(fā)明實(shí)施例1制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中的應(yīng)用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉(zhuǎn)化器負(fù)責(zé)將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉(zhuǎn)化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

實(shí)施例2

將質(zhì)量比為65：35的鎳和鉻混合，霧化造粒，得到平均粒度為30微米的球形或近球形的Ni-35Cr合金顆粒；

a)、將Ni-35Cr合金平鋪后形成當(dāng)前層；

b)、采用功率為375～425W激光束按照預(yù)設(shè)的當(dāng)前層截面輪廓進(jìn)行掃描，掃描的間距為0.05mm，掃描的速度為1200mm，所述蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓中的蜂窩結(jié)構(gòu)的形狀為圓形，使球形或近球形顆粒1250℃～1950℃下燒結(jié)，形成截面層；截面層的剖面圖，如圖2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；由圖2可以看出：截面層的蜂窩結(jié)構(gòu)為圓形；

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復(fù)上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

本發(fā)明對(duì)實(shí)施例2制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的性能參數(shù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1。

本發(fā)明實(shí)施例2制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中的應(yīng)用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉(zhuǎn)化器負(fù)責(zé)將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉(zhuǎn)化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

實(shí)施例3

將質(zhì)量比為50：30：20的鐵、鉬和鎢混合，霧化造粒，得到平均粒度為25微米的球形或近球形的Fe-30Mo-20W合金顆粒；

a)、將Fe-30Mo-20W合金平鋪后形成當(dāng)前層；

b)、采用功率為375～425W激光束按照預(yù)設(shè)的當(dāng)前層截面輪廓進(jìn)行掃描，掃描的間距為0.07mm，掃描的速度為1100mm，所述蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓中的蜂窩結(jié)構(gòu)的形狀為六角形，使球形或近球形顆粒1250℃～1950℃下燒結(jié)，形成截面層；截面層的剖面圖，如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的截面層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；由圖3可以看出：截面層的蜂窩結(jié)構(gòu)為六角形；

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復(fù)上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。

本發(fā)明對(duì)實(shí)施例3制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的性能參數(shù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1。

本發(fā)明實(shí)施例3制備的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料在汽車尾氣凈化器中的應(yīng)用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉(zhuǎn)化器負(fù)責(zé)將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉(zhuǎn)化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料，由以下方法制得：a)、將顆粒平鋪后得到當(dāng)前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金；b)、采用激光束將所述當(dāng)前層按照預(yù)設(shè)當(dāng)前層的蜂窩結(jié)構(gòu)截面輪廓進(jìn)行掃描，使顆粒燒結(jié)，得到截面層；c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復(fù)步驟a)和步驟b)，直至得到預(yù)設(shè)形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。本發(fā)明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預(yù)設(shè)的蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙形狀、尺寸以及分布，結(jié)合激光選區(qū)熔化3D打印法，一步到位打印具有規(guī)則立體孔隙通道分布的蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料。該方法可自由設(shè)計(jì)蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實(shí)現(xiàn)更大的比表面積，力求達(dá)到與尾氣接觸面積的最大化。另外，該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料具有優(yōu)異的抗氧化性和耐腐蝕性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該蜂窩結(jié)構(gòu)合金材料的比表面積最大為62cm²/cm³；蜂窩結(jié)構(gòu)的孔壁厚度為50.8微米；蜂窩每平方英寸蜂窩孔數(shù)可達(dá)到2400。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。