|
——泡沫镍合金如何降低排放和燃油消耗
by Carroll McCormick
镍杂志, 2007年6月 -- 柴油发动机汽车以燃油效率高而著称，因此当全球运输行业排放的二氧化碳占到总排放量的20%时，柴油车吸引了越来越多人们的注意。
在欧洲，大部分私人汽车以及大部分运货卡车都是柴油车。在北美，使用柴油发动机的主要是小型面包车、客车和运货卡车。现代化的柴油排气处理系统，虽然设计时可满足排放标准，但由于积累的烟灰产生背压，柴油要定期喷射进入排气系统以便燃烧这些烟灰，从而使燃料消耗增加5%～10/%。然而，最新的一项创新可通过使用一种泡沫镍合金来减少不利后果，改进柴油发动机排气系统的效率。
能使轿车和卡车满足当前和近期排放规定的柴油机排气处理技术取决于3部分过程：柴油氧化催化剂（DOCs）将一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物转变成二氧化碳和水蒸汽，柴油机颗粒过滤器捕集油烟微粒，所谓的DeNOx脱硝装置将氮氧化物还原成气态氧和氮化合物。
Inco特殊产品公司（ISP）是CVRD
Inco有限公司的一个业务部门，他们决定改进排气系统的过滤器和催化剂运载材料（基材），它们包括陶瓷、金属箔和纤维。该公司在其在中国生产的纯泡沫镍（销售给世界各地可充电镍电池的制造厂）的基础上，开发出高温耐腐蚀的泡沫镍合金基材。
ISP为这种新的应用开发了特殊的镍产品。2003年开发出他们的第一种高温泡沫镍合金。采用这种泡沫材料，制造商设计出的排气处理系统比常规系统具有若干优势。例如，它们可制作成除常见的圆柱形以外的各种不同形状；还可以更轻和更小，只需较少的铂催化剂就可获得同样的催化效果，有可能降低燃料消耗。
试验提前进行，选定的轿车制造厂将于2007年底在一些型号上配置新系统。ISP还将目标指向北美卡车市场，那里新的柴油排放指标要求卡车制造厂在所有2007款的车辆上安装处理系统。最近，美国环境保护署计划2009年制定新的牵引机车排放标准，又为另一个柴油机排气系统市场敞开了大门。
泡沫纯镍是通过在厚达4毫米，宽1米的氨酯泡沫体上电镀镍生产出来的。然后采用一种特殊工艺烧掉聚氨酯，留下泡沫纯镍。“这种镍材料是众多其他产品例如泡沫合金的前体物质,”ISP公司的新技术和市场开发部经理Dirk
Naumann博士说。“我们可以向泡沫中增加其他金属元素，使其具有耐高温等性能。”
ISP开发的泡沫合金含镍50%,铁22%,铬22%,铝6%，在高达1100℃的温度下具有良好的抗氧化性能。采用了一种粉末冶金工艺，用粘合剂溶液涂敷泡沫镍，然后再涂一种合金粉末。在烧结工艺中，合金粉末和镍泡沫一起扩散，产生出所希望的化学成分和所需物理性能的一种均质合金。这些性能包括机械强度、化学阻力和孔隙尺寸，根据泡沫镍前体的不同，空隙尺寸从450微米到2毫米不等。
“泡沫合金是捕集烟尘的一种优良介质，与传统的壁流式过滤技术工作方式不同，”Alexander
Boehm博士说。他发明镍-合金转换工艺并指导ISP公司泡沫镍合金产品的开发。“这是一种深床过滤器。我们依靠扩散、惯性碰撞和油路管线截流从气体中收集烟灰。这些机理针对不同的颗粒尺寸，包括临界纳米级的颗粒。”
泡沫合金也可作为一种基体，上面施加催化剂实现DOC和 DeNOx的功能。
由于泡沫结构的混合效应，催化剂在泡沫合金上的作用比在常规流动结构中的作用有效得多。同样，由于泡沫合金表面积较大，催化反应过程中，可使更多的（比传统方法多得多）柴油尾气与催化剂接触。
结果是现在的处理系统的尺寸只需常规系统一半，只需一半昂贵的催化剂（通常是铂）净化柴油机排出的尾气，达到排放规定的要求。
为使过滤器能够连续良好地工作，必须定期烧掉累积的烟灰对其进行再生处理。被动再生是在250℃以上，煤烟灰与二氧化氮反应形成二氧化碳。但在大多数系统中，当车辆的运行周期没有将排气系统的温度提高到足以进行钝化再生时，需要每隔一段时间加入柴油燃料，在高达1000℃的温度下烧掉烟灰，这被称为主动再生。
由于较小的过滤器热容量比较低，它们能较快加热到主动再生温度，在冷起动过程中减少排放。由于泡沫合金比陶瓷过滤器容许的烟灰负荷量更高，它们不需要频繁的主动再生，这意味着达到主动再生所要求的温度需要的燃料较少，因此有可能节约燃油。取决于与背压的复杂关系，其结果是车辆燃油总消耗降低，排放减少。
泡沫合金的开发对于运输行业这样一个二氧化碳排放大户是一个好消息，正受到管理者的密切关注
Carroll McCormick is a Montreal-based freelance writer.
Photos: CRVD Inco and iStock
Dr. Dirk Naumann
Inco Special Products
2101 Hadwen Road
Mississauga, ON
L5K 2L3
Phone: 1-905- 403-3359
Web site: www.incosp.com
|
|
