Главная страница
Сведения об авторах

Перспективы создания каталитических преобразователей на металловолокнистых носителях

Ведь В. Е., Краснокутский Е. В., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

В системах дожигания выпускных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) используют различные типы каталитических преобразователей. Наиболее распространены блочные керамические носители и носители каталитически активных покрытий на основе металлической фольги. В последнее время интенсивно исследуют металловолокнистые носители, способы получения которых достаточно разнообразны. По нашему мнению, наиболее перспективна совместная разработка Восточноукраинского национального университета им. В. Даля (Луганск) и НПЦ «Химавтокат» (Рубежное, Луганская обл.). В качестве исходного сырья для изготовления носителя предусмотрено использование проволоки диаметром 0,05 мм, фрагменты которой прессуют и помещают в вакуумную индукционную печь, где происходит их диффузионная спайка. На полученный носитель электролитическим путем наносят палладий и платину. Однако и подобный подход не лишен недостатков (значительная стоимость оборудования, длительность процесса производства, слабая адгезия покрытия к носителю), связанных с особенностями электролиза и вакуумной спайки.

Определяющий размер носителя в виде проволоки или фольги превышает толщину наносимой металлической пленки (около 1 мкм) более чем на 2 порядка. Различие термических коэффициентов линейного расширения приводит к образованию значительного количества дефектов в пленочном покрытии и отслоений от поверхности носителя (рис. 1а).

Такие покрытия нельзя использовать в качестве каталитических преобразователей в ДВС, поскольку они легко удаляются с носителя даже под воздействием слабых потоков газа. Это обусловило необходимость разработки метода формирования на поверхности тонкопрофильных металлов эрозионно-устойчивых в скоростном газовом потоке пленок каталитически активных элементов. Проведены исследования по предварительной подготовке поверхности металличес­кого носителя путем электрохимического, химического травления, пескоструйной обработки, окисления. Наиболее перспективен способ оксидирования с последующим нанесением на поверхность носителя аморфной фазы определенного состава в виде пленки толщиной до 1 мкм. При этом на поверхности металлов образуется равномерное прочное пленочное покрытие, механически устойчивое к многократным перегибам до «нулевого» радиуса и повторяющее микрорельеф поверхности носителя (рис. 1б)

Подобраны технологические режимы нанесения на поверхность аморфной фазы пленки каталитически активных элементов — платины, палладия и металлов 3d- и 4d-переходных элементов. Высокая адгезия пленок достигается при условии перехода аморфной фазы в жидкую (рис. 1в).

Рис. 1. Теормообработанные при 700 °С покрытия: на основе палладия, нанесенное на металлическую фольгу (а); на основе амфорной фазы, нанесенное на металлическую фольгу (б); на основе палладия на поверхности амфорной фазы (в)
(растровая электронная микроскопия)

Испытания показали, что пленочные покрытия, полученные на основе разработанной технологии, пригодны для использования в качестве каталитически активных элементов, в том числе в системах каталитического дожигания выпускных газов ДВС.

Предложенный способ можно трансформировать и выращивать кристаллы оксидов каталитически активных элементов непосредственно на поверхности аморфных пленочных покрытий, нанесенных на металлы. На рис. 2 показана поверхность аморфной фазы с кристаллами пирамидальной формы, ориентированными в одном направлении.