本發明涉及觸媒轉化器技術領域，尤其涉及一種蜂窩結構合金材料及其應用。

背景技術：

汽車尾氣凈化器中的觸媒轉化器是蜂窩狀過濾器，負責將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉化為無害的H₂O、CO₂、N₂，主要的性能要求是足夠的比表面積、強度、抗氧化、抗腐蝕、以及耐高溫性。汽車尾氣凈化器對我國環保及霧霾控制起著至關重要的作用，每年該產品的市場價值約30億元人民幣。

由于蜂窩網孔密集，傳統制備金屬基觸媒轉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計的自由度，限制蜂窩狀合金材料與汽車尾氣的接觸面積。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種蜂窩結構合金材料及其應用，該蜂窩結構合金材料具有較大的比表面積。

本發明提供了一種蜂窩結構合金材料，由以下方法制得：

a)、將顆粒平鋪后，得到當前層，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前層按照預設當前層的蜂窩結構截面輪廓進行掃描，使顆粒燒結，得到截面層；

c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復步驟a)和步驟b)，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

優選地，所述Fe-Cr-Al合金中Cr的質量含量大于等于5％且小于80％，和Al的質量含量大于等于5％且小于80％；

所述Ni-Cr合金中Cr的質量含量大于等于10％且小于80％；

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

優選地，所述步驟b)中蜂窩結構截面輪廓中的蜂窩結構的形狀為三角形、方形、六角形或圓形。

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

優選地，所述蜂窩結構合金材料的孔隙尺寸為600～2400。

優選地，所述步驟b)中燒結的溫度為1250℃～1950℃。

優選地，所述步驟b)中激光束的功率為100～1500W。

優選地，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。

優選地，所述步驟a)中顆粒的粒度為1～50微米。

本發明提供了一種上述技術方案所述蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中的應用。

本發明提供了一種蜂窩結構合金材料，由以下方法制得：a)、將顆粒平鋪后，得到當前層，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前層按照預設當前層的蜂窩結構截面輪廓進行掃描，使顆粒燒結，得到截面層；c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復步驟a)和步驟b)，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。本發明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預設的蜂窩結構的孔隙形狀、尺寸以及分布，結合激光選區熔化3D打印法，一步到位打印具有規則立體孔隙通道分布的蜂窩結構合金材料。該蜂窩結構合金材料的制備方法可自由設計蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實現更大的比表面積，力求達到與尾氣接觸面積的最大化。實驗結果表明：該蜂窩結構合金材料的比表面積最大可達到62cm²/cm³；蜂窩結構的孔壁厚度可達到50.8微米；蜂窩每平方英寸蜂窩孔數可達到2400目。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的截面層的剖面結構示意圖；

圖2為本發明實施例2制備的截面層的剖面結構示意圖；

圖3為本發明實施例3制備的截面層的剖面結構示意圖。

具體實施方式

本發明提供了一種蜂窩結構合金材料，由以下方法制得：

a)、將顆粒平鋪后，得到當前層，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前層按照預設當前層的蜂窩結構截面輪廓進行掃描，使顆粒燒結，得到截面層；

c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復步驟a)和步驟b)，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

本發明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預設的蜂窩結構的孔隙形狀、尺寸以及分布，結合激光選區熔化3D打印法，一步到位打印具有規則立體孔隙通道分布的蜂窩結構合金材料。該方法可自由設計蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實現更大的比表面積，力求達到與尾氣接觸面積的最大化。另外，該蜂窩結構合金材料具有優異的抗氧化性和耐腐蝕性。

本發明將顆粒平鋪后，得到當前層，所述顆粒選自Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金。在本發明中，所述顆粒優選為球形或類球形；所述顆粒的粒度優選為1～50微米，更優選為2～30微米。本發明優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。

在本發明中，所述Fe-Cr-Al合金中Cr的質量含量優選大于等于5％且小于80％，和Al的質量含量大于等于5％且小于80％；在本發明具體實施例中，所述Fe-Cr-Al合金具體為Fe-20Cr-20Al合金。

在本發明中，所述Ni-Cr合金中Cr的質量含量優選大于等于10％且小于80％；在本發明具體實施例中，所述Ni-Cr合金具體為Ni-35Cr合金。

在本發明中，所述Fe-Mo-W合金中Mo的質量含量優選大于等于10％且小于等于60％，和W的質量含量大于等于5％且小于等于60％；在本發明的具體實施例中，所述Fe-Mo-W合金具體為Fe-30Mo-20W合金。

本發明提供的方法可以改進常規合金成分，最大限度提高其制備的蜂窩結構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。

得到當前層后，本發明采用激光束將所述當前層按照預設當前層的蜂窩結構截面輪廓進行掃描，使顆粒燒結，得到截面層。在本發明中，所述蜂窩結構截面輪廓中的蜂窩結構的形狀優選為三角形、方形、六角形或圓形。在本發明中，所述激光束的功率優選為100～1500W，更優選為375～425W。所述掃描的間距優選為0.005～0.07mm；所述掃描的速度優選為50～1200mm/s。所述燒結的溫度優選為1250℃～1950℃。

得到截面層后，本發明在所述截面層上再次平鋪顆粒重復步驟a)和步驟b)，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

在本發明中，所述蜂窩結構合金材料的每平方英寸蜂窩孔數優選為600～2400，更優選為900～2400；在具體實施例中，所述蜂窩結構合金材料的每平方英寸蜂窩孔數為600，900，2400。所述蜂窩結構合金材料的蜂窩結構的孔壁厚度可以達到微米級別；優選小于等于35微米。本發明優選采用三維繪圖軟件設計蜂窩結構材料的孔隙形狀，尺寸以及分布。

本發明提供的蜂窩結構合金材料的蜂窩幾何形狀、尺寸可以自由設計，力求達到與尾氣的接觸面積、轉化效率的最優化；采用的制備蜂窩結構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。

本發明提供了一種上述技術方案所述蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中的應用。本發明提供的蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉化器負責將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的一種蜂窩結構合金材料及其應用進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護范圍的限定。

實施例1

將質量比為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合金平鋪后形成當前層；

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

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

本發明對實施例1制備的蜂窩結構合金材料的性能參數進行測試，測試結果見表1，表1為本發明實施例1～3制備的蜂窩結構合金材料的性能參數：

表1本發明實施例1～3制備的蜂窩結構合金材料的性能參數

本發明實施例1制備的蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中的應用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉化器負責將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

實施例2

將質量比為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合金平鋪后形成當前層；

b)、采用功率為375～425W激光束按照預設的當前層截面輪廓進行掃描，掃描的間距為0.05mm，掃描的速度為1200mm，所述蜂窩結構截面輪廓中的蜂窩結構的形狀為圓形，使球形或近球形顆粒1250℃～1950℃下燒結，形成截面層；截面層的剖面圖，如圖2所示，圖2為本發明實施例2制備的截面層的剖面結構示意圖；由圖2可以看出：截面層的蜂窩結構為圓形；

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

本發明對實施例2制備的蜂窩結構合金材料的性能參數進行測試，測試結果見表1。

本發明實施例2制備的蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中的應用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉化器負責將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

實施例3

將質量比為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合金平鋪后形成當前層；

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

c)、在截面層上再次平鋪球形或近球形顆粒重復上述步驟a)～步驟b)的操作過程，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。

本發明對實施例3制備的蜂窩結構合金材料的性能參數進行測試，測試結果見表1。

本發明實施例3制備的蜂窩結構合金材料在汽車尾氣凈化器中的應用，在汽車尾氣凈化器中作為觸媒轉化器負責將尾氣中的有害氣體(HC、CO、NO_X)轉化為無害的H₂O、CO₂、N₂。

由以上實施例可知，本發明提供了一種蜂窩結構合金材料，由以下方法制得：a)、將顆粒平鋪后得到當前層，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前層按照預設當前層的蜂窩結構截面輪廓進行掃描，使顆粒燒結，得到截面層；c)、在所述截面層上再次平鋪顆粒重復步驟a)和步驟b)，直至得到預設形狀的蜂窩結構合金材料。本發明將Fe-Cr-Al合金、Ni-Cr合金或Fe-Mo-W合金按照預設的蜂窩結構的孔隙形狀、尺寸以及分布，結合激光選區熔化3D打印法，一步到位打印具有規則立體孔隙通道分布的蜂窩結構合金材料。該方法可自由設計蜂窩幾何形狀、尺寸和分布，實現更大的比表面積，力求達到與尾氣接觸面積的最大化。另外，該蜂窩結構合金材料具有優異的抗氧化性和耐腐蝕性。實驗結果表明：該蜂窩結構合金材料的比表面積最大為62cm²/cm³；蜂窩結構的孔壁厚度為50.8微米；蜂窩每平方英寸蜂窩孔數可達到2400。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。