Каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие на поверхности камеры внутреннего сгорания двигателя


 


Владельцы патента RU 2581329:

Лебедев Дмитрий Александрович (RU)

Изобретение относится к износостойкому каталитически-активному термобарьерному керамическому покрытию деталей камеры двигателя внутреннего сгорания, нанесенному методом микродугового оксидирования. Упомянутое покрытие является двухслойным с толщиной 15-150 мкм. Первый слой покрытия выполнен толщиной 5-100 мкм с содержанием алюминия не менее 90 мол.%. Второй пористый слой толщиной 10-100 мкм состоит из оксида алюминия и оксида церия с содержанием от 1 до 50 мол.%. Обеспечивается повышение надежности и эффективности в работе камеры двигателя внутреннего сгорания, увеличение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания, снижение уровня выбросов угарного газа, углекислого газа и углеводородов в окружающую среду.

 

Изобретение относится к износостойким каталитически-активным керамическим покрытиям, которые могут применяться в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ приготовления катализатора для очистки выхлопных газов с повышенной активностью и механической прочностью (SU №733717, В01J37/00, опубл. 15.05.1980 г.). В данном способе перед нанесением каталитически активного слоя титановую пластину анодируют в растворах соляной и серной кислот.

Недостатком является то, что данный способ позволяет получать оксидный пористый слой только на титане.

Известен способ получения защитного покрытия (RU №2089655, С23С 14/06, опубл. 10.09.1997 г.), включающий последовательное нанесение двух металлических и керамического слоев, при этом металлические слои наносят в вакууме и после нанесения металлического слоя проводят диффузионный вакуумный отжиг, керамический слой наносят толщиной 70-300 мкм, после чего керамический слой покрытия упрочняют высокотемпературной импульсной плазмой с последующим окислительным отжигом при температуре не менее 1050°С не менее 5 часов.

Однако такое покрытие ненадежно и недолговечно при работе, так как при получении покрытия данным способом в керамическом слое наблюдается наличие дефектов в виде каналов и полостей, через которые происходит доступ кислорода рабочей (газовой среды) к металлу и, как следствие, окисление металлического покрытия под керамикой, что приводит к отслоению керамики и ее преждевременному растрескиванию.

Известен способ получения защитного покрытия на деталях (RU №2305034, С23С 14/28, опубл. 27.08.2007 г.). На поверхность детали наносят по меньшей мере один металлический слой. Затем проводят алитирование или хромоалитирование. После этого наносят керамический слой на основе оксида циркония, содержащего оксид иттрия. Упрочнение керамического слоя осуществляют путем нанесения на него по меньшей мере трех керамических слоев на основе оксида циркония, содержащих 6-9% оксида иттрия и 3-30% оксида алюминия. Данный способ позволяет повысить надежность и долговечность защитного покрытия.

В отличие от заявляемого каталитически-активного покрытия, наносимого на поршень ДВС, в состав аналога не добавляется оксид церия, являющийся эффективным катализатором, ускоряющим процесс и полноту сгорания топлива, что необходимо при работе двигателя. Также в аналогичном изобретении слои покрытия наносятся способами, такими как вакуумно-плазменный, диффузионный, электронно-лучевой, катодного и лазерного напыления, в нашем изобретении покрытие формируется методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, данный метод характеризуется более высокой адгезионной стойкостью, стойкостью к термоударам и термоциклированию.

Ближайшим аналогом является способ получения оксидных каталитически активных слоев и каталитически активный материал, полученный данным способом (RU №2152255 С1, МПК В01J 37/34, 10.07.2000 г.). Способ получения оксидных каталитически активных слоев на подложке, выполненной из вентильного металла или его сплава, преимущественно из алюминия, путем окислительной обработки подложки в электролите. В качестве окислительной обработки используют процесс микродугового оксидирования в щелочном электролите с добавками ультрадисперсных порошков оксидов металлов и солей переходных металлов. Полученный данным способом материал обладает высокой развитой поверхностью за счет получаемой структуры оксидных слоев, а также значительной термостойкостью и износостойкостью.

Задачей, стоящей перед авторами, является повышение надежности и эффективности в работе камеры двигателя внутреннего сгорания двигателя, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду.

Поставленная задача решается благодаря каталитически-активному керамическому термобарьерному покрытию, формируемому методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, на поршне и сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС.

Сущность изобретения состоит в формировании каталитически-активного керамического термобарьерного двухслойного покрытия, состоящего в основном из оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования на поршне и сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС.

Оксидные слои, получаемые методом микродугового оксидирования, характеризуются высокой адгезией, стойкостью к термоударам и термоциклированию.

Оксид церия, а также его бинарные и тройные оксиды (в том числе с алюминием) являются эффективными катализаторами конверсии углеводородов и угарного газа (СО) при достаточно низких температурах (порядка 500°С, что соответствует условиям камеры двигателя внутреннего сгорания), ускоряющими процесс и полноту горения топлива.

Техническое решение изобретения.

На поршне и сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования формируется двухслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие толщиной 15-150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол.%) и контактирует непосредственно с металлом, из которого изготовлен поршень и головка сферы камеры ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50%. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.

Техническим эффектом от использования каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия в работе камеры двигателя внутреннего сгорания двигателя является:

- повышение температуры в камере сгорания;

- увеличение полноты сгорания топлива;

- снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду;

- уменьшение тепловой нагрузки на систему охлаждения и другие детали двигателя;

- как следствие, увеличение КПД ДВС.

Таким образом, задача, стоящая перед авторами по повышению надежности и эффективности в работе камеры двигателя внутреннего сгорания двигателя, увеличению коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, снижению уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду, выполнена.

Износостойкое каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие деталей камеры двигателя внутреннего сгорания, нанесенное методом микродугового оксидирования, отличающееся тем, что покрытие является двухслойным толщиной 15-150 мкм, при этом первый слой покрытия выполнен толщиной 5-100 мкм с содержанием алюминия не менее 90 мол.%, а второй пористый слой толщиной 10-100 мкм состоит из оксида алюминия и оксида церия с содержанием от 1 до 50 мол.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изделиям из композиционных материалов, в частности к изделиям, состоящим из металла с керамическим покрытием, а также к способу нанесения керамического покрытия на металлы и их сплавы.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов. .

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов. .

Изобретение относится к химической поверхностной обработке металлического материала и предназначено для антикоррозийной защиты внутренней поверхности длинномерных металлических труб.
Изобретение относится к катализируемому сажевому фильтру, а также способу его получения. При этом способ включает следующие стадии: a) обеспечения тела сажевого фильтра с продольными каналами, которые ограничены продольными пористыми стенками, определяющими сторону рассеивания и сторону проникновения; b) обеспечения первого каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего первую катализаторную композицию, которая является активной в отношении селективного каталитического восстановления оксидов азота, c) обеспечения второго каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего вторую комбинированную катализаторную композицию в форме смеси катализатора, который является активным в отношении селективного окисления аммиака в азот, и катализатора, который является активным в отношении окисления монооксида углерода и углеводородов; d) нанесения на тело сажевого фильтра первого каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону рассеивания и внутрь разделительных стенок тела фильтра и нанесения на сажевый фильтр второго каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону проникновения тела фильтра; и e) сушки и термической обработки покрытого фильтра с получением катализируемого сажевого фильтра, причем модальный размер частиц первого катализатора в первом покрытии типа «washcoat» меньше, чем средний диаметр пор продольных стенок, и в котором модальный размер частиц второго покрытия типа «washcoat» больше, чем средний диаметр пор продольных стенок.

Изобретение относится к способам изготовления оксидных композитных катализаторов на металлическом носителе-подложке, которые могут быть использованы в реакциях конверсии СО в СO2, при очистке технологических и выхлопных газов, в частности, в двигателях внутреннего сгорания.
Изобретение относится к способу получения катализируемого сажевого фильтра, который включает стадии: a) обеспечения пористого тела фильтра, имеющего распределяющую сторону и сторону фильтрата; b) обеспечения каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего частицы первой катализаторной композиции, которая является активной в отношении селективного каталитического восстановления оксидов азота, вместе с частицами второй катализаторной композиции, которая является активной в отношении окисления монооксида углерода, углеводородов и аммиака, и частицами третьей катализаторной композиции, которая является активной в отношении селективного окисления аммиака в азот совместно со второй катализаторной композицией, где частицы первой катализаторной композиции имеют модальный размер частиц меньше, чем средний размер пор указанного сажевого фильтра, и где частицы второй и третьей катализаторной композиции имеют модальный размер частиц больше, чем средний размер пор указанного сажевого фильтра; с) нанесения на тело фильтра каталитического покрытия типа «washcoat» путем введения покрытия типа «washcoat» в выпускной конец стороны фильтрата; и d) сушки и термической обработки покрытого тела фильтра с получением катализируемого сажевого фильтра.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способу гидрообработки потоков исходного сырья. Катализатор содержит волокнистую подложку с кремнийсодержащими волокнами и цеолитом.

Изобретение относится к способу приготовления носителя Sn(Zr)-γ-Al2O3 для катализатора риформинга бензиновых фракций, при этом носитель готовят осаждением раствора азотнокислого алюминия водным раствором аммиака, с последующими стадиями фильтрации суспензии и промывки осадка, его пептизации кислотой с одновременным введением модифицирующей добавки Sn(Zr) жидкофазным формованием псевдозоля в виде гранул сферической формы, с последующей промывкой сферических гранул, сушкой и термической обработкой, при этом получают сферический носитель диаметром 1,7±0,1 мм, характеризующийся мономодальным распределением пор по размерам с величиной удельной поверхности, равной (265÷326) м2/г, объемом пор - (0,6÷0,68) см3/г, средним диаметром пор - (8,0÷9,6) нм, насыпным весом - (0,53÷0,59) г/см3 и механической прочностью на раздавливание - (148÷205) кг/см2.

Изобретение относится к способу изготовления сотового керамического блока для каталитического нейтрализатора выхлопных газов, в соответствии с которым на керамический блок из основного материала наносят подстилающий связующий слой, содержащий силикат натрия Na2O(SiO2)n или силикат калия K2O(SiO2)n, или их смесь, поверх которого формируют, как минимум, один слой подложки для нанесения катализатора, содержащий нанодисперсную окись гидроокиси алюминия (бемит), для чего наносят на вторую заготовку слой суспензии, содержащей нанодисперсную окись гидроокиси алюминия, просушивают заготовку с нанесенным слоем суспензии, после чего прокаливают заготовку сотового керамического блока с нанесенным материалом подложки и получают таким образом сотовый керамический блок для каталитического нейтрализатора выхлопных газов.

Изобретение относится к способу получения катализатора путем покрытия ячеистых тел кристаллическим слоем металла с каталитическими свойствами. Перед нанесением покрытия на поверхности ячеистых тел кристаллического слоя металла упомянутые поверхности предварительно покрывают порошком из драгоценных металлов, имеющим размер частиц <10 мкм.

Изобретение относится к области катализа. Описан способ создания эффективного бесплатинового каталитического покрытия на керамических блоках для нейтрализации отработавших газов автотракторных дизелей, включающий формирование подложки с большим значением удельной поверхности на керамических сотовых носителях.

Изобретение относится к материалам для удерживания NOx. Описан катализатор для удерживания оксида азота, содержащий: субстрат; первый слой покрытия из пористого оксида на субстрате, где указанный первый слой покрытия из пористого оксида содержит удерживающий оксид азота материал, содержащий частицы подложки из оксида церия с нанесенным на них карбонатом бария; и второй слой покрытия из пористого оксида над первым слоем покрытия из пористого оксида, содержащий единственный металл платиновой группы, при этом второй слой покрытия из пористого оксида по существу не содержит платины, церия и бария, а указанный единственный металл платиновой группы представляет собой родий, нанесенный на частицы жаропрочного оксида металла, содержащие оксид алюминия, легированный оксидом циркония в количестве до 30%.

Изобретение относится к способам получения блочных катализаторов, катализаторам очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Описан способ приготовления катализатора для очистки ОГ ДВС, в котором для нанесения промежуточного покрытия и активной фазы используют водную суспензию, включающую гидроксид алюминия - бемит (АlOOН), восстанавливающий дисахарид и растворимые соли Се, Zr, Y, La в виде солей азотной кислоты в пропорции, необходимой для образования в покрытии тетрагоналыюй фазы Zr0,5Ce0,5O2, стабильной в области температур 500-1000°C и соотношения в покрытии (Ме2O3+ZrO2+СеO2):γ-Аl2O3-1:1, где Me - Y, La, а также одну или несколько неорганических солей металлов платиновой группы, причем термообработку покрытия проводят одновременно с восстановлением при температуре 550-1000°C.

Изобретение относится к катализаторам предгидроочистки прямогонной бензиновой фракции в смеси с бензином вторичных термических процессов. Катализатор согласно первому из вариантов содержит 6,0-10,0 мас.% оксида молибдена, 3,0-7,0 мас.% оксида никеля, 0,2-0,35 мас.% фосфора на носителе, представляющем собой твердый раствор оксида молибдена в оксиде алюминия при мольном соотношении MoO3/Al2O3 1:10-1:20 - остальное.
Изобретение относится к катализатору риформинга, который содержит платину, по меньшей мере один металл-промотор, выбранный из группы, состоящей из рения и иридия, и по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, состоящей из фтора, хлора, брома и йода.

Изобретение относится к полученной в плазме каталитической наночастице. Данная наночастица имеет границу раздела фаз для закрепления каталитического наноактивного материала на наноподложке, причем указанная граница раздела фаз содержит соединение, предназначенное для ограничения перемещения каталитического наноактивного материала на поверхности наноподложки.

Изобретение относится к каталитическим композициям, применяемым в качестве катализаторов или носителей для катализаторов, в частности катализаторов для очистки серосодержащих газов, и может найти применение в процессах очистки серосодержащих газов на предприятиях газовой, нефтяной, химической промышленности, металлургии.

Изобретение относится к способу получения носителя на основе активного оксида алюминия для катализаторов гидроочистки. Данный способ включает осаждение гидроксида алюминия из раствора алюмината натрия азотной кислотой, его стабилизацию, обработку кислотой, формовку, сушку и прокаливание.
Наверх