ES2654858B1 - METHOD FOR PREPARING A METAL SUPPORT - FLEXIBLE CERAMIC THAT HAS A NANOCRISTALINE SURFACE LAYER - Google Patents
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Abstract
Método para preparar un soporte de metal - cerámica flexible que tiene una capa superficial nanocristalina.#La invención se refiere al campo de la producción de revestimientos de cerámica, que tienen una superficie desarrollada, sobre objetos de metal que tienen formas complejas, y se puede usar en química aplicada para preparar elementos de catalizador, en ingeniería mecánica, construcción naval, la industria de la aviación, y en la preparación de objetos de tecnología espacial cuando se aplican revestimientos protectores, incluyendo revestimientos anticorrosión, revestimientos de barrera térmica, revestimientos resistentes a la formación de hielo, y otros revestimientos. Un método para preparar un soporte de metal - cerámica flexible que tiene una capa superficial nanocristalina incluye la pulverización de plasma de un revestimiento a base de aluminio especial sobre un soporte de tira de metal, con el procesamiento hidrotérmico subsiguiente del producto semi-acabado flexible. La invención es novedosa ya que el procesamiento hidrotérmico, que prevé una microestructura, una nanoestructura y una porosidad óptimas, se lleva a cabo en dos fases, en el que la primera fase de procesamiento se lleva a cabo a una presión de 20 - 26 atm y unas temperaturas de 200 - 230 grados centígrados durante 6 - 12 horas, y la segunda fase se lleva a cabo a una presión de 4 - 8 atm y unas temperaturas de 150 - 170 grados durante 120 - 160 horas.Method for preparing a flexible metal-ceramic support having a nanocrystalline surface layer. # The invention relates to the field of the production of ceramic coatings, which have a developed surface, on metal objects having complex shapes, and can be use in applied chemistry to prepare catalyst elements, in mechanical engineering, shipbuilding, the aviation industry, and in the preparation of space technology objects when protective coatings are applied, including anti-corrosion coatings, thermal barrier coatings, resistant coatings the formation of ice, and other coatings. One method of preparing a flexible metal-ceramic support having a nanocrystalline surface layer includes plasma spraying of a special aluminum-based coating on a metal strip support, with subsequent hydrothermal processing of the flexible semi-finished product. The invention is novel since the hydrothermal processing, which provides for an optimal microstructure, nanostructure and porosity, is carried out in two phases, in which the first processing phase is carried out at a pressure of 20-26 atm. and temperatures of 200-230 degrees Celsius for 6-12 hours, and the second phase is carried out at a pressure of 4-8 atm and temperatures of 150-170 degrees for 120-160 hours.
Description
MÉTODO PARA PREPARAR UN SOPORTE DE METAL -CERÁMICA METHOD FOR PREPARING A METAL -CERAMIC SUPPORT
Campo técnico 5 La invención se refiere al campo de la producción de revestimientos de Technical Field 5 The invention relates to the field of coatings production of
cerámica, que tienen una superticie desarrollada, sobre objetos de metal que ceramics, which have a developed superticia, on metal objects that
tienen formas complejas, y se puede usar en química aplicada para preparar elementos de catalizador, en ingeniería mecánica, construcción naval, la they have complex shapes, and can be used in applied chemistry to prepare catalyst elements, in mechanical engineering, shipbuilding, the
industria de la aviación, y en la preparación de objetos de tecnología espacial aviation industry, and in the preparation of space technology objects
10 cuando se aplican revestimientos protectores, incluyendo revestimientos anticorrosión, revestimientos de barrera térmica, revestimientos resistentes a la formación de hielo, y otros revestimientos. Técnica anterior La aplicación de revestimientos de cerámica sobre un soporte de metal se 10 when protective coatings, including anti-corrosion coatings, thermal barrier coatings, ice-resistant coatings, and other coatings are applied. Prior art The application of ceramic coatings on a metal support is
15 usa ampliamente en la industria, permitiendo proporcionar una protección fiable frente a diversos factores de exposición a un entorno tanto natural como artificial. Por ejemplo: el documento CN101438439, 20 -05 -2009, A multi-Iayer coating, Halvor Larsen Peter; el documento EP2088225 (A1), 12 -08 -2009, 15 widely used in industry, allowing to provide reliable protection against various exposure factors to both a natural and artificial environment. For example: document CN101438439, 20 -05-2009, A multi-Iayer coating, Halvor Larsen Peter; EP2088225 (A1), 12-0-2009,
20 Erosion and corrosion-resistant coating system and process therelor, Pabla Surinder Singh; el documento CA2664929 (A1), 03 -04 -2008, Method and device lar depositing a non-metal coatings by means 01 cold-gas spraying, Luethen Volkmar; el documento CA2668736, 15 -05 -2008, A method lor the production 01 thin layers 01 metal-ceramic composite materials, Ciasen Rolf, 20 Erosion and corrosion-resistant coating system and process therelor, Pabla Surinder Singh; document CA2664929 (A1), 03 -04-2008, Method and device lar depositing a non-metal coatings by means 01 cold-gas spraying, Luethen Volkmar; document CA2668736, 15 -05 -2008, A method lor the production 01 thin layers 01 metal-ceramic composite materials, Ciasen Rolf,
25 No obstante, los revestimientos de cerámica sobre un sustrato de metal 25 However, ceramic coatings on a metal substrate
tienen una serie de desventajas que surgen de los detalles específicos de su they have a number of disadvantages that arise from the specific details of their
naturaleza. En primer lugar, esta atañe a una diferencia significativa en el nature. First, it concerns a significant difference in the
coeficiente de dilatación lineal (LEC, linear expansion coellicient) para cerámicas y metales (véase la tabla 1), linear expansion coefficient (LEC) for ceramics and metals (see table 1),
- Tipo de Kind of
- Material Coeficiente de dilatación térmica a 20 2C , Material Coefficient of thermal expansion at 20 2C,
- material material
- x 10 "/ K x 10 "/ K
- Metal Metal
- Fe 11 ,1 Faith 11, 1
- Acero al Steel
- 10,8 10.8
- carbono carbon
- Tipo de material Type of material
- Material Coeficiente de dilatación térmica a 20 oC, x 10 "/ K Material Coefficient of thermal expansion at 20 oC, x 10 "/ K
- Acero inoxidable Stainless steel
- 17,3 17.3
- Ni Neither
- 13 13
- Al To the
- 23 2. 3
- Cerámica Ceramics
- Vidrio 8,5 Glass 8.5
Por lo tanto , cuando se usa un material compuesto de metal· cerámica a Therefore, when using a metal-ceramic composite material a
temperaturas elevadas o reducidas, que está asociado necesariamente con el elevated or reduced temperatures, which is necessarily associated with the
proceso de calentamiento y de enfriamiento , aparecen unas tensiones térmicas heating and cooling process, thermal stresses appear
5 elevadas en la frontera entre el metal y la cerámica, lo que puede dar lugar, en 5 raised on the border between metal and ceramics, which can lead, in
muchos casos, a distorsiones estructurales tanto del sustrato de metal como del revestimiento de cerámica y, en algunos casos, a las destrucciones de capa de cerámica, apareciendo como una grave deslaminación de revestimiento o in many cases, to structural distortions of both the metal substrate and the ceramic coating and, in some cases, the destruction of the ceramic layer, appearing as a serious delamination of the coating or
incluso exfoliación. even exfoliation.
10 La situación se vuelve incluso más grave cuando el revestimiento se usa en condiciones de choque térmico y ciclos térmicos con la exposición simultánea a factores tales como corrosión o erosión por gas. 10 The situation becomes even more serious when the coating is used in conditions of thermal shock and thermal cycles with simultaneous exposure to factors such as corrosion or gas erosion.
Para compensar las tensiones térmicas, se usan a menudo unas capas intermedias que están ubicadas entre el sustrato de metal y el revestimiento de 15 cerámica, proporcionando de ese modo una relajación completa o parcial de To compensate for thermal stresses, intermediate layers that are located between the metal substrate and the ceramic lining are often used, thereby providing complete or partial relaxation of
las tensiones térmicas que surgen en la capa intermedia. the thermal stresses that arise in the intermediate layer.
Se imponen unos requisitos muy extremos sobre las capas intermedias, en concreto, estas han de proporcionar una adhesión fiable tanto al metal de sustrato como al revestimiento de cerámica, para proporcionar una rápida Very extreme requirements are imposed on the intermediate layers, in particular, these must provide reliable adhesion to both the substrate metal and the ceramic coating, to provide rapid
20 relajación de tensiones a su mínimo nivel debido a la deformación plástica, la cual es posible solo con la máxima plasticidad del material de capa intermedia. Además, el material de capa intermedia debería ver aumentada su fragilidad en grado mínimo durante la aplicación de gradientes de temperatura (o el aumento de fragilidad se debería liberar por medio de mecanismos de relajación 20 stress relaxation at its minimum level due to plastic deformation, which is possible only with the maximum plasticity of the intermediate layer material. In addition, the intermediate layer material should see its fragility increased to a minimum during the application of temperature gradients (or the increase in fragility should be released by means of relaxation mechanisms
25 específicos solo durante el funcionamiento). Además, basándose en disposiciones generales, la capa intermedia debería tener un espesor mínimo. Todo esto impone una gama de graves restricciones sobre el material de 25 specific only during operation). In addition, based on general provisions, the intermediate layer should have a minimum thickness. All this imposes a range of serious restrictions on the material of
capa intermedia y limita drásticamente la gama de materiales que se pueden usar para estos fines. intermediate layer and dramatically limits the range of materials that can be used for these purposes.
Como una capa intermedia se usan a menudo metales tales como aluminio, níquel y cobre que, junto con una elevada plasticidad, presentan una buena adhesión al sustrato de metal y de cerámica, así como una elevada procesabilidad, permitiendo de ese modo el uso de procesos tecnológicos existentes tales como la pulverización térmica (pulverización de plasma y pulverización de llama), pulverización por magnetrón y de plasma de iones, así como métodos de revestimiento electrolítico. As an intermediate layer, metals such as aluminum, nickel and copper are often used, which, together with high plasticity, have good adhesion to the metal and ceramic substrate, as well as high processability, thereby allowing the use of processes existing technologies such as thermal spraying (plasma spraying and flame spraying), magnetron and ion plasma spraying, as well as electrolytic coating methods.
Cuando se estima la eficiencia de estos métodos de aplicación de capas When the efficiency of these layer application methods is estimated
intermedias desde el punto de vista de la adhesión a un sustrato de metal (acero), se puede dar preferencia solo a los métodos de pulverización por magnetrón y de plasma de iones, que se prefieren frente a los métodos de intermediate from the point of view of adhesion to a metal (steel) substrate, preference may be given only to the magnetron and ion plasma spray methods, which are preferred over the methods of
pulverización térmica, tomándose los métodos galvánicos después de todos los thermal spraying, taking galvanic methods after all
otros. La ventaja principal de los métodos de deposición física (pulverización por magnetrón y de plasma de iones) es la deposición capa a capa gradual de others. The main advantage of physical deposition methods (magnetron and ion plasma spraying) is the gradual layer-to-layer deposition of
iones de metal, en la que la primera capa se adhiere firmemente a la capa superlicial de sustrato y, entonces, las capas subsiguientes se adhieren metal ions, in which the first layer adheres firmly to the substrate superlicial layer and then the subsequent layers adhere
pertectamente a la primera capa, la segunda capa, etc. Una desventaja pertectly to the first layer, the second layer, etc. A disadvantage
significativa de estos métodos es una tasa muy baja de este crecimiento de las capas intermedias. Significant of these methods is a very low rate of this growth of the intermediate layers.
Por lo tanto , estos métodos se pueden aplicar solo para crear una capa Therefore, these methods can be applied only to create a layer
adhesiva intermedia y no se pueden usar para obtener una capa de un soporte intermediate adhesive and cannot be used to obtain a layer of a support
de catalizador sobre una superticie de sustrato de metal. Para obtener una capa de soporte catalítico, se deberían usar otros métodos de pulverización o of catalyst on a substrate of metal substrate. To obtain a catalytic support layer, other spray methods should be used or
de deposición para proporcionar una capa del suficiente espesor que asegura deposition to provide a layer of sufficient thickness that ensures
un alto grado de desarrollo superticial. a high degree of superticial development.
Por lo tanto, por ejemplo, se conocen unas soluciones técnicas en las que se usa una capa muy delgada de aluminio como la capa intermedia que es depositada por el método de plasma de iones sobre la superticie de una tira de acero. A continuación, una capa de un soporte de catalizador a base de óxido de aluminio con modificación alfa se aplica sobre su superficie mediante el método de plasma. Therefore, for example, technical solutions are known in which a very thin layer of aluminum is used as the intermediate layer that is deposited by the ion plasma method on the surface of a steel strip. Next, a layer of an aluminum oxide-based catalyst support with alpha modification is applied to its surface by the plasma method.
Cuando se usan métodos de pulverización térmica y galvánicos, es posible obtener unos revestimientos lo bastante gruesos que se pueden usar como revestimientos adhesivos, así como formar una capa de soporte de When thermal and galvanic spray methods are used, it is possible to obtain sufficiently thick coatings that can be used as adhesive coatings, as well as forming a support layer of
catalizador sobre sus superficies. catalyst on its surfaces.
Una solución es sugerida por una serie de patentes. A solution is suggested by a series of patents.
Por ejemplo, la patente de EE. UU. con n' 5.362.523 a nombre de Garinin For example, US Pat. UU. with n '5,362,523 in the name of Garinin
1. V., Farmakovsky B. V., Khinsky A. P. , et al. , 1994, describe un método para 1. V., Farmakovsky B. V., Khinsky A. P., et al. , 1994, describes a method for
producir un material de tira de catalizador que incluye un sustrato de acero , que en primer lugar se cubre con una subcapa adhesiva mediante el método de pulverización de plasma y que, a continuación, se cubre con un revestimiento produce a catalyst strip material that includes a steel substrate, which is first covered with an adhesive sublayer by the plasma spray method and then covered with a coating
de múltiples capas de catalizador mediante el mismo método en el que la of multiple catalyst layers by the same method in which the
concentración de elementos cataHticamente activos aumenta de forma gradual de Oen la frontera entre la subcapa adhesiva y la capa cataHticamente activa a The concentration of catatatically active elements gradually increases in the border between the adhesive sublayer and the catatatically active layer at
un 100 % sobre la superficie. La fuerza de adhesión aumentada entre la capa adhesiva y el sustrato de acero se logra debido a la formación de una capa de difusión eficiente en la zona de contacto entre la capa adhesiva y el sustrato. 100% above the surface. The increased adhesion strength between the adhesive layer and the steel substrate is achieved due to the formation of an efficient diffusion layer in the contact zone between the adhesive layer and the substrate.
La patente de EE. UU. con n.' 5.820.940 a nombre de Garinin 1. V. , Farmakovsky B. V., Khinsky A. P. et al., 1998, describe un método para U.S. Patent UU. with n. ' 5,820,940 in the name of Garinin 1. V., Farmakovsky B. V., Khinsky A. P. et al., 1998, describes a method for
producir un revestimiento adhesivo (capa intermedia) sobre un soporte de tira produce an adhesive coating (intermediate layer) on a strip support
de metal mediante la pulverización de plasma de polvos de material compuesto térmicamente reactivos (tales como níquel -aluminio). El método tal como se of metal by plasma spraying of thermally reactive composite powders (such as nickel-aluminum). The method as it is
describe proporciona una capa adhesiva intermedia que se adhiere muy describe provides an intermediate adhesive layer that adheres very
estrechamente al soporte de tira de acero, lo que es demostrado por los resultados de prueba. No obstante, el problema de la adhesión fiable de la capa catalitica que se deposita sobre la superficie de las capas intermedias sigue sin resolver y la closely to the steel strip support, which is demonstrated by the test results. However, the problem of reliable adhesion of the catalytic layer that is deposited on the surface of the intermediate layers remains unresolved and the
fuerza de adhesión entre estas capas, a pesar de que no se menciona en los materiales de patente , será obviamente más baja que la fuerza de adhesión entre la capa intermedia y el sustrato de metal. Cuando se usan elementos de Adhesion strength between these layers, although not mentioned in the patent materials, will obviously be lower than the bond strength between the intermediate layer and the metal substrate. When using elements of
catalizador fabricados de un material de tira de catalizador de este tipo, en catalyst made of a catalyst strip material of this type, in
condiciones extremas, incluyendo ciclos térmicos, erosión por gas intensiva, extreme conditions, including thermal cycles, intensive gas erosion,
etc. , es posible una deslaminación parcial de la capa de catalizador junto con etc. , a partial delamination of the catalyst layer together with
una disminución correspondiente en sus características. Los intentos de aumentar la fuerza de adhesión entre la capa intermedia y la capa de catalizador a través de un procesamiento térmico intermedio (el a corresponding decrease in its characteristics. Attempts to increase the bond strength between the intermediate layer and the catalyst layer through an intermediate thermal processing (the
documento US2001014648, Hums E., Khinsky A., 2001), a través del uso de US2001014648, Hums E., Khinsky A., 2001), through the use of
plasma durante el proceso de pulverización (el documento W02004079035 , Khinsky A P., 2004), a través del uso del método de HVOF (high velocity oxygen fuel, combustible de oxígeno de alta velocidad) de pulverización de polvo de material compuesto (el documento W02008063038, Khinsky A. P, Klemkaite K., 2008) dan lugar a un cierto aumento en la fuerza de adhesión, si plasma during the spraying process (document W02004079035, Khinsky A P., 2004), through the use of the HVOF (high velocity oxygen fuel) method of spraying composite powder (the document W02008063038, Khinsky A. P, Klemkaite K., 2008) lead to a certain increase in adhesion strength, if
bien no proporcionan un alto nivel de fuerza de adhesión entre la capa well they don't provide a high level of bond strength between the layer
intermedia y el sustrato de metal. intermediate and metal substrate.
El uso de revestimientos que se obtienen mediante pulverización térmica de metales y aleaciones dúctiles (aluminio, níquel, cobre, etc.) proporciona una elevada adhesión a la superticie pulverizada debido a la elevada energía cinética de las partículas que se están pulverizando (a menudo, la pulverización The use of coatings that are obtained by thermal spraying of metals and ductile alloys (aluminum, nickel, copper, etc.) provides a high adhesion to the pulverized surface due to the high kinetic energy of the particles being sprayed (often, spraying
se lleva a cabo a unas velocidades cercanas a, o incluso más altas que, la velocidad del sonido) y a la elevada dinámica de su enfriamiento, lo que conduce casi siempre a la amortización (o a la transición al estado it is carried out at speeds close to, or even higher than, the speed of sound) and the high dynamics of its cooling, which almost always leads to depreciation (or the transition to the state
microcristalino) de las partículas de metal que se están pulverizando. microcrystalline) of the metal particles being sprayed.
No obstante, los compuestos que se forman durante el contacto However, the compounds that form during contact
instantáneo entre las partículas fundidas y el sustrato de metal durante el instantaneous between the molten particles and the metal substrate during the
transcurso del proceso de pulverización térmica, que son principalmente course of the thermal spray process, which are mainly
intermetaluros de una composición y una estequiometría diferentes que se forman en la zona de contacto como películas muy delgadas, difieren intermetalides of a different composition and stoichiometry that form in the contact zone as very thin films, differ
respecto a los intermetaluros habituales, que se forman durante el transcurso de procesos metalúrgicos convencionales, incluyendo colada, procesamiento térmico, etc., de aceros especiales y aleaciones. Se conoce que los intermetaluros convencionales que se forman en iguales condiciones están caracterizados por una dureza y una fragilidad elevadas, mientras que los intermetaluros no estequiométricos de película que se forman durante el transcurso de la pulverización térmica, tal como muestra la práctica, no exhiben tales propiedades y, además, los mismos proporcionan muy buena adhesión de with respect to the usual intermetalides, which are formed during the course of conventional metallurgical processes, including casting, thermal processing, etc., of special steels and alloys. It is known that conventional intermetalides that are formed under the same conditions are characterized by high hardness and fragility, while non-stoichiometric film intermetalides that are formed during the course of thermal spraying, as practice shows, do not exhibit such properties and, in addition, they provide very good adhesion of
la capa pulverizada al sustrato. the layer sprayed to the substrate.
Los revestimientos que se obtienen mediante el método de pulverización térmica proporcionan otra ventaja importante frente al método galvánico y los métodos de pulverización por magnetrón y de plasma de iones. Esta ventaja radica en la capacidad de formar una microestructura superiicial durante la The coatings obtained by the thermal spray method provide another important advantage over the galvanic method and the magnetron and ion plasma spray methods. This advantage lies in the ability to form a superstructure microstructure during the
pulverización térmica. El espesor típico de tal revestimiento es de 10· 20 ~m. thermal spray The typical thickness of such a coating is 10-20 m.
La estructura de la superiicie de capa pulverizada se puede mejorar de forma significativa debido a la formación de unas "protuberancias" The structure of the pulverized layer surface can be significantly improved due to the formation of "protuberances"
nanoestructuradas en forma de nanocristales de diferentes configuraciones Nanostructured in the form of nanocrystals of different configurations
(A. V. Lukashin , C03A8HVl8 CPYHKL\V10HanbHblx H8HOKOMn03l-1TOB Ha DCHOBe OKC"AHbIX MaTp"~ c ynopoA04eHHoi1 nOp"CToi1 CTpyKTypOi1, ABTopecj>epaT AOKTOpCKO" A"CCepTa~""" 2009, MGU, Moscú). (A. V. Lukashin, C03A8HVl8 CPYHKL \ V10HanbHblx H8HOKOMn03l-1TOB Ha DCHOBe OKC "AHbIX MaTp" ~ c ynopoA04eHHoi1 nOp "CToi1 CTpyKTypOi1, ABTopecj, ept.
La creación de nanoestructuras sobre la superiicie de este tipo aumenta The creation of nanostructures on the surface of this type increases
la actividad de catalizador, la resistencia a la formación de películas de hielo a Catalyst activity, resistance to ice film formation to
temperaturas bajo cero, las características ópticas de los revestimientos etc. Por lo tanto, el uso de revestimientos que se obtienen mediante pulverización térmica (en especial, la pulverización de plasma) como una capa temperatures below zero, the optical characteristics of the coatings etc. Therefore, the use of coatings that are obtained by thermal spraying (especially plasma spraying) as a layer
intermedia, además de obtener una elevada adhesión de la capa pulverizada, hace posible prever la formación de su microestructura desarrollada superiicial. La aplicación de una capa de soporte de catalizador (con o sin catalizador como tal) sobre la capa intermedia se puede llevar a cabo de diversas formas; In addition, in addition to obtaining a high adhesion of the sprayed layer, it is possible to provide for the formation of its developed microstructure. The application of a catalyst support layer (with or without catalyst as such) on the intermediate layer can be carried out in various ways;
no obstante, en cualquier caso, la capa aplicada ha de proporcionar las siguientes características: however, in any case, the applied layer must provide the following characteristics:
- --
- Una superiicie libre lo bastante alta con una estructura de porosidad óptima; -Elevada fuerza de adhesión entre la capa de soporte de catalizador y la capa A free surface high enough with an optimal porosity structure; -High adhesion strength between the catalyst support layer and the layer
intermedia; intermediate;
- --
- Un nivel lo bastante alto de propiedades catalíticas cuando se interactúa con el catalizador como tal. A sufficiently high level of catalytic properties when interacting with the catalyst as such.
Desafortunadamente, prácticamente la totalidad de los métodos existentes de aplicación de un soporte catalítico no pueden proporcionar un alto nivel de propiedades catalíticas y una elevada adhesión al revestimiento Unfortunately, virtually all existing methods of applying a catalytic support cannot provide a high level of catalytic properties and high adhesion to the coating.
intermedio al mismo tiempo. Por lo tanto, la elección del método óptimo para formar una capa de soporte de catalizador sobre sustratos de metal es a intermediate at the same time. Therefore, the choice of the optimal method to form a catalyst support layer on metal substrates is to
menudo muy difícil. often very difficult.
Además, el proceso de fabricación que comprende dichas fases intermedias, es decir, la fase de aplicación de la capa adhesiva intermedia y la fase subsiguiente de aplicación del soporte de catalizador y, posiblemente, también la fase de aplicación del catalizador, es muy complicado y costoso. Furthermore, the manufacturing process comprising said intermediate phases, that is, the application phase of the intermediate adhesive layer and the subsequent application phase of the catalyst support and possibly also the catalyst application phase, is very complicated and expensive.
Por lo tanto, por ejemplo, cuando un soporte de catalizador que está Therefore, for example, when a catalyst support that is
comprendido en una suspensión acuosa se aplica sobre una estructura celular comprised in an aqueous suspension is applied on a cellular structure
de metal mediante el método de inmersión y secado sucesivos, un factor muy of metal by the method of successive immersion and drying, a very important factor
molesto que limita la amplia aplicabilidad de este método radica en el lento drenado de la suspensión a través de los orificios durante el transcurso del secado y la formación de carámbanos específicos en la parte inferior de la estructura celular, lo que puede conducir, en algunos casos, al completo bloqueo de sus orificios. Annoying that limits the wide applicability of this method lies in the slow drainage of the suspension through the holes during the course of drying and the formation of specific icicles in the lower part of the cell structure, which can lead, in some cases , to the complete blocking of its holes.
Desde este punto de vista, parece muy ventajoso combinar los procesos From this point of view, it seems very advantageous to combine the processes
de la pulverización de revestimiento adhesivo (capa intermedia) y la of the adhesive coating spray (intermediate layer) and the
subsiguiente transformación de su superficie en un soporte de catalizado r. En subsequent transformation of its surface into a catalyst support r. In
el presente caso, por otro lado, se asegura una elevada adhesión del the present case, on the other hand, ensures high adhesion of the
revestimiento adhesivo al sustrato de metal que, tal como se ha mencionado en lo que antecede, es característica para los revestimientos que se aplican adhesive coating to the metal substrate which, as mentioned above, is characteristic for the coatings that are applied
mediante el método de pu lverización de plasma y, por otro lado, la transición orgánica del metal de revestimiento a la fase de óxido (o de hidróxido). En general, se usan metales y aleaciones dúctiles, en particular aluminio, niquel, cobre y sus aleaciones como el material de revestimiento adhesivo tal by the method of plasma purification and, on the other hand, the organic transition of the coating metal to the oxide (or hydroxide) phase. In general, ductile metals and alloys are used, in particular aluminum, nickel, copper and their alloys as the adhesive coating material such
como se ha mencionado en lo que antecede. En general, en ciertas condiciones, la totalidad de estos materiales se pueden transformar a partir de la superficie en óxidos e hidróxidos, lo que se ve as mentioned above. In general, under certain conditions, all of these materials can be transformed from the surface into oxides and hydroxides, which is seen
acompañado en algunos casos por un desarrollo concomitante de una accompanied in some cases by a concomitant development of a
estructura porosa. Esta última circunstancia es muy importante para fines de formación de revestimientos catalíticos. porous structure The latter circumstance is very important for the purpose of forming catalytic coatings.
No obstante, para los metales que se han enumerado en lo que antecede, However, for the metals that have been listed above,
que se usan para aplicar un revestimiento adhesivo, la formación de estructura which are used to apply an adhesive coating, structure formation
porosa que se requiere para el soporte de catalizador se observa solo en el caso del aluminio. Porous that is required for the catalyst support is observed only in the case of aluminum.
En ciertas condiciones, el aluminio y una serie de sus aleaciones se pueden convertir a partir de la superiicie en hidróxido de aluminio. En condiciones ordinarias, sobre la superiicie de metal aluminio se forma una película de óxido delgada y muy densa, que se restablece de forma instantánea tras su destrucción. Esta película evita la oxidación de aluminio adicional. No obstante, en ciertas condiciones -a una presión y a una temperatura elevadas en la atmósfera de vapor de agua supercalentado -se observa una transición gradual de aluminio a hidróxido de aluminio (boehmita). Tal como se muestra en una serie de estudios, este proceso se lleva a cabo por medio de la Under certain conditions, aluminum and a series of its alloys can be converted from the surface into aluminum hydroxide. Under ordinary conditions, a thin and very dense oxide film is formed on the aluminum metal surface, which is instantly restored after its destruction. This film prevents oxidation of additional aluminum. However, under certain conditions - at a high pressure and temperature in the atmosphere of superheated steam - a gradual transition from aluminum to aluminum hydroxide (boehmite) is observed. As shown in a series of studies, this process is carried out through the
hidratación sucesiva de la pelícu la de óxido que se forma sobre la superficie de metal alumin io. successive hydration of the oxide film that forms on the aluminum metal surface.
En una serie de artículos (Tihov S. F., Fenelonov B. B., et al., K"HeT~Ka " KaTan~3, 2000, Vol. 41 , n.' 6, p. 907 -915. Tihov S. F., Zaykovskiy V. 1. et al., K"HeT"Ka" KaTan"3, 2000, Vol. 41 , n.' 6, p. 916 -924), se muestra que este In a series of articles (Tihov SF, Fenelonov BB, et al., K "HeT ~ Ka" KaTan ~ 3, 2000, Vol. 41, n. '6, p. 907-915. Tihov SF, Zaykovskiy V. 1 . et al., K "HeT" Ka "KaTan" 3, 2000, Vol. 41, n. '6, p. 916-924), it is shown that this
proceso se puede usar para producir soportes de cerámica celulares porosos a base de óxido de aluminio. The process can be used to produce porous cellular ceramic supports based on aluminum oxide.
Los artículos describen un procedimiento para la preparación de una composición de óxido de aluminio / metal aluminio de metal -cerámica porosa cuando se procesan briquetas de polvo de aluminio con una porosidad lo bastante alta (bastante para la libre circulación de aire en el interior). El procesamiento se llevó a cabo en una prensa de autoclave especial, lo que The articles describe a process for the preparation of a composition of aluminum oxide / metal aluminum metal-porous ceramic when processing aluminum powder briquettes with a sufficiently high porosity (enough for the free circulation of air inside). The processing was carried out in a special autoclave press, which
asegura el procesamiento de la briqueta en una atmósfera de vapor de agua a una temperatura de 150 a 250 ' C y una presión de 5 a 50 atmósferas. También se conoce una patente (RU2256499 (Cl) de Pakhomov N. A., Tikhov S. F. et al. , 2004), sobre la base de la tecnología que se describe en los ensures the processing of the briquette in an atmosphere of water vapor at a temperature of 150 to 250 'C and a pressure of 5 to 50 atmospheres. A patent (RU2256499 (Cl) of Pakhomov N. A., Tikhov S. F. et al., 2004) is also known, based on the technology described in the
artículos. La presente patente sugiere un catalizador de cerámica para un proceso articles. The present patent suggests a ceramic catalyst for a process
de deshidrogenación de hidrocarburos y un método para la preparación del mismo. of hydrocarbon dehydrogenation and a method for preparing it.
La composición del catalizador contiene óxido de cromo y un metal alcalino que se aplica sobre un soporte , que representa un material compuesto que incluye óxido de aluminio y aluminio. The catalyst composition contains chromium oxide and an alkali metal that is applied on a support, which represents a composite material that includes aluminum and aluminum oxide.
Los mecanismos según se ha descrito en lo que antecede en lo que respecta a la transformación de metal aluminio en hidróxido de aluminio y su The mechanisms as described above in regard to the transformation of aluminum metal into aluminum hydroxide and its
descomposición subsiguiente para preparar un soporte de catalizador sugieren subsequent decomposition to prepare a catalyst support suggest
una idea para desarrollar una tecnología sobre la base de estos principios para an idea to develop a technology based on these principles to
la preparación de un soporte de catalizador después de la aplicación de una capa inferior adhesiva de aluminio sobre la superficie de un soporte de tira de metal. the preparation of a catalyst support after the application of a lower adhesive layer of aluminum on the surface of a metal strip support.
En el documento JP9217178, 19 -08 -1997, Kanbe Yumi, y el documento JPl 0120499, 12 -05 -1998, Kanbe Yumi, se describe un método para preparar un revestimiento delgado de múltiples capas. El revestimiento debería proporcionar una estructura de óxido de metal porosa sobre la cual se deposita el material eléctricamente aislante que llena los poros de la capa de óxido de metal. In JP9217178, 19 -08 -1997, Kanbe Yumi, and JPl 0120499, 12 -05 -1998, Kanbe Yumi, a method for preparing a thin multilayer coating is described. The coating should provide a porous metal oxide structure on which the electrically insulating material that fills the pores of the metal oxide layer is deposited.
De acuerdo con la patente, durante la primera fase del proceso, se forma According to the patent, during the first phase of the process, it is formed
una película de óxido de metal delgada y porosa sobre la superticie de sustrato a thin and porous metal oxide film on the substrate substrate
durante el transcurso de su procesamiento hidrotérmico en soluciones de sales correspondientes. during the course of its hydrothermal processing in corresponding salt solutions.
El documento JP9156.627, 17 -06 -1997, Nakayama Naomi, divulga un Document JP9156.627, 17 -06 -1997, Nakayama Naomi, discloses a
método para preparar un revestimiento de óxido de múltiples capas sobre áreas de sustrato seleccionadas, que comprende las fases de: formar un revestimiento de óxido sobre la superficie de sustrato, retirar el material de máscara, a continuación realizar el procesamiento en un entorno oxidante para formar un revestimiento de óxido etc. La operación final es el procesamiento hidrotérmico del revestimiento obtenido en soluciones alcalinas acuosas. method for preparing a multilayer oxide coating on selected substrate areas, comprising the phases of: forming an oxide coating on the substrate surface, removing the mask material, then processing in an oxidizing environment to form an oxide coating etc. The final operation is the hydrothermal processing of the coating obtained in aqueous alkaline solutions.
El documento JP3284356, 16 -12 -1991 , Kameyama Hideo, describe una técnica para preparar un elemento de catalizador de baja temperatura plano, que incluye las siguientes operaciones. Un sustrato plano fabricado de una aleación de aluminio se somete a recocido a una temperatura elevada, preferiblemente en el intervalo de 900 -1000 ' C, para formar una película de JP3284356, 16-12-1991, Kameyama Hideo, describes a technique for preparing a flat low temperature catalyst element, which includes the following operations. A flat substrate made of an aluminum alloy is annealed at an elevated temperature, preferably in the range of 900-1000 'C, to form a film of
óxido a base de óxido de aluminio sobre su superiicie. A continuación , el sustrato experimenta un procesamiento hidrotérmico en el intervalo de oxide based on aluminum oxide on its surface. Next, the substrate undergoes hydrothermal processing in the range of
temperaturas de 50 -350 ' C., y el metal que tiene una actividad de catalizador se aplica sobre el soporte de catalizador a base de alúmina que se forma sobre la superticie del sustrato plano como resultado del procesamiento hidrotérmico. El soporte de catalizador que se obtiene como resultado del procesamiento temperatures of 50-350 'C., and the metal having a catalyst activity is applied on the alumina-based catalyst support that is formed on the substrate of the flat substrate as a result of hydrothermal processing. The catalyst support that is obtained as a result of the processing
hidrotérmico ha de ser óxido de aluminio con modificación gamma con una hydrothermal must be aluminum oxide with gamma modification with a
superticie libre desarrollada. Un metal que tiene una actividad de catalizador también se puede aplicar en una fase de procesamiento hidrotérmico. El documento JP2000178792, 27 -06 -2000, Ishizawa Hitoshi, describe free superstore developed. A metal that has a catalyst activity can also be applied in a hydrothermal processing phase. JP2000178792, 27 -06-2000, Ishizawa Hitoshi, describes
un método para formar un revestimiento a base de óxido de titanio con una a method for forming a titanium oxide based coating with a
superticie libre elevada sobre un sustrato de metal. El método incluye una fase free superstructure raised on a metal substrate. The method includes a phase
de preparación de la superiicie de sustrato de metal, una fase de anodización of preparation of the metal substrate surface, an anodizing phase
de al menos una superticie del sustrato para formar una película de óxido of at least one substrate substrate to form an oxide film
anódica, y una fase de aplicación de una suspensión a base de soluciones acuosas de sales de metal y alcóxidos que contienen partículas de óxido de metal dispersadas. Después de la fase de anodización, se recomienda un procesamiento hidrotérmico. anodic, and a phase of application of a suspension based on aqueous solutions of metal salts and alkoxides containing dispersed metal oxide particles. After the anodizing phase, hydrothermal processing is recommended.
El documento 2004058066, 2004-058066, Wei Zhiqiang, describe un método para formar un revestimiento de óxido de metal de película delgada. Document 2004058066, 2004-058066, Wei Zhiqiang, describes a method for forming a thin film metal oxide coating.
El método incluye las siguientes fases: una fase de aplicación de un revestimiento de sol-gel que comprende al menos un componente de metal sobre la superticie de sustrato de metal, una fase de secado de dicho revestimiento de sol-gel, una fase de impregnación del The method includes the following phases: an application phase of a sol-gel coating comprising at least one metal component on the metal substrate surface, a drying phase of said sol-gel coating, an impregnation phase of the
revestimiento obtenido en soluciones acuosas alcalinas que contienen al menos un componente de metal, una fase de secado y una fase de procesamiento hidrotérmico. coating obtained in aqueous alkaline solutions containing at least one metal component, a drying phase and a hydrothermal processing phase.
Las patentes según lo que antecede, evidencian que se da una gran importancia, y en algunos casos una importancia fundamental, al método de aplicación de un revestimiento de aluminio sobre la superiicie de soporte de The patents, according to the foregoing, show that great importance, and in some cases a fundamental importance, is given to the method of applying an aluminum coating on the support surface of
tira. Una patente (RU2295588, Hinskogo A. P., 20 de marzo de 2007) divulga un proceso para aplicar el polvo de aluminio sobre una superticie. strip. A patent (RU2295588, Hinskogo A. P., March 20, 2007) discloses a process for applying aluminum powder on a surface.
Una característica distintiva del revestimiento tal como se describe en este proceso es su elevada adhesión a la tira de acero que se usa como un sustrato. Una tira de acero con un revestimiento por pulverización como un producto semi-acabado resultante presenta una fuerza de adhesión tan A distinctive feature of the coating as described in this process is its high adhesion to the steel strip that is used as a substrate. A steel strip with a spray coating as a resulting semi-finished product has such a bond strength
elevada que esta permite llevar a cabo prácticamente cualquier operación de high that this allows to carry out practically any operation of
mecanización, tal como corte, corrugación, perforación, etc. sin deslaminación mechanization, such as cutting, corrugation, drilling, etc. no delamination
o exfoliación de la capa pulverizada. Sumario de la invención or exfoliation of the sprayed layer. Summary of the invention
El uso de este proceso para pulverizar la capa de aluminio creará un revestimiento que combinaría las funciones de una capa adhesiva intermedia Using this process to spray the aluminum layer will create a coating that would combine the functions of an intermediate adhesive layer.
(sobre la superticie adyacente al soporte de tira de acero) y un soporte catalítico (sobre la superticie del revestimiento como tal) si este se pudiera convertir en un soporte poroso a base de óxido de aluminio de acuerdo con la tecnología tal como se ha descrito en lo que antecede. (on the surface adjacent to the steel strip support) and a catalytic support (on the surface of the coating as such) if it could be converted into a porous support based on aluminum oxide according to the technology as described in the foregoing.
Además, se debería cambiar la secuencia de los procesos de aplicación del revestimiento de aluminio y su transformación en el soporte de catalizador. In addition, the sequence of the application processes of the aluminum coating and its transformation into the catalyst support should be changed.
Debido a que se supone que la fuerza de adhesión entre el revestimiento y el Because it is assumed that the bond strength between the coating and the
sustrato de acero es tan alta que esta permitirá mecanizar el producto semiacabado que se obtiene tras la pulverización, parece razonable incluir esta fase Steel substrate is so high that it will allow the semi-finished product that is obtained after spraying to be machined, it seems reasonable to include this phase
inmediatamente después de la pulverización, y completar la fase de immediately after spraying, and complete the phase of
procesamiento hidrotérmico. En el presente caso, teniendo en cuenta las patentes anteriores, el hydrothermal processing In the present case, taking into account the previous patents, the
proceso debería íncluir las siguientes fases sucesivas: The process should include the following successive phases:
1. Aplicar una capa adhesiva de aluminio sobre la superticie de sustrato de tira 5 de metal mediante el método de pulverización térmica. 1. Apply an adhesive layer of aluminum on the substrate of metal strip substrate 5 by the thermal spray method.
2. Mecanizar (incluyendo corte, corrugación, pertoración, etc.) para formar el 2. Mechanize (including cutting, corrugation, pertoration, etc.) to form the
elemento catalítico en su forma final. catalytic element in its final form.
3. Procesar el elemento de catalizador resultante en una atmósfera de vapor de agua -aire a una presión y a una temperatura elevadas para la conversión 3. Process the resulting catalyst element in a water vapor atmosphere - air at an elevated pressure and temperature for conversion
10 parcial de la porción superticial de capa adhesiva en hidróxidos de aluminio. Partial part of the supertitial portion of adhesive layer in aluminum hydroxides.
4. Descomposición térmica del revestimiento de hidróxido obtenido con su transformación en óxido de aluminio para formar una estructura superlicial 4. Thermal decomposition of the hydroxide coating obtained with its transformation into aluminum oxide to form a superlicial structure
porosa. porous
5. Aplicar catalizadores mediante el método de impregnación. 5. Apply catalysts using the impregnation method.
15 Para implementar el método tal como se sugiere para preparar un soporte de catalizador, se realizaron labores para las fases 1, 2, 3 Y 4 del proceso, debido a que la fase 5 es muy trivial y se puede llevar a cabo sin preparación 15 To implement the method as suggested to prepare a catalyst support, work was carried out for phases 1, 2, 3 and 4 of the process, because phase 5 is very trivial and can be carried out without preparation
preliminar. preliminary.
Fase 1. 20 Aplicar una capa adhesiva de aluminio sobre la superticie de un sustrato Phase 1. 20 Apply an adhesive layer of aluminum on the substrate of a substrate
de tira de metal mediante pulverización térmica. of metal strip by thermal spraying.
Para aplicar una capa de aluminio sobre la superficie de un sustrato de tira de metal, se usaron los siguientes materiales: -Tira de acero laminada en frío fabricada de acero inoxidable con cromo To apply an aluminum layer on the surface of a metal strip substrate, the following materials were used: Cold rolled steel strip made of chrome stainless steel
25 ferrítico con un espesor de 40 11m y una anchura de 100 y 90 mm de Sandvik (Suecia). En la tabla 2 se dan dalas acerca la composición química y la aplicabilidad. Tabla 2 Características de la tira de acero laminada en frío OS404 de Sandvik 25 ferritic with a thickness of 40 11m and a width of 100 and 90 mm from Sandvik (Sweden). Table 2 shows the chemical composition and applicability. Table 2 Characteristics of the Sandvik OS404 cold rolled steel strip
- Material Tira de acero laminada en frío fabricada de acero inoxidable con cromo Material Cold rolled steel strip made of chrome stainless steel
- Calidad OS404 Composición química C Cr Al < 0,02 20 ,0 5,0 20 ,5 5,5 Aplicabilidad Unidades catalíticas para convertidores, intercambiado res de calor para temperaturas elevadas OS404 quality Chemical composition C Cr Al <0.02 20, 5.0 5.0 20, 5.5 Applicability Catalytic units for converters, heat exchangers for high temperatures
- --
- Polvo de aluminio nA-l y polvo de aluminio nAn-2 (rOCT 5494 -95) de Volgograd Aluminum Company (BaIlKOM-nM). En las tablas 3 y 4 se dan características básicas de estos materiales . Tabla 3. Características básicas del polvo de aluminio nA-l Aluminum powder nA-l and aluminum powder nAn-2 (rOCT 5494-95) from Volgograd Aluminum Company (BaIlKOM-nM). Basic characteristics of these materials are given in tables 3 and 4. Table 3. Basic characteristics of nA-l aluminum powder
- Calidad Quality
- Densidad Composición Qu ímica, % Density Chemical composition, %
- aparente, apparent,
- Aluminio Elementos Humedad, Área Aluminum Elements Humidity, Area
- 9 f cm' , 9 f cm ',
- activo, residuales, máx. máx. superticial active, residuals, max. max. superstitious
- mino My no
- min o Fe Si Cu específica, My no Faith Yes Cu specific,
- m' f g m 'f g
- nA-l nA-l
- 0,96 99 0,35 0,4 0,02 0,2 - 0.96 99 0.35 0.4 0.02 0.2 -
Tabla 4. Características básicas del polvo de aluminio nAn-2 Table 4. Basic characteristics of nAn-2 aluminum powder
- Parámetros Parameters
- Calidad Quality
- Potencia de recubrimiento en agua, cm 2 / g, mín . Coating power in water, cm 2 / g, min.
- n An - n An - n An - n An -
- 1 one
- 2 2
- Potencia de recubrimiento en agua, cm' / g, mín. Coating power in water, cm '/ g, min.
- 7000 10000 7000 10000
- 008 008
- 1,0 - 1.0 -
- 0056 0056
- - 0,3 - 0.3
- 0045 0045
- - 0,5 - 0.5
- Flotación , %, min o Flotation,%, min or
- 80 80 80 80
- Contenido en elementos residuales, % en Content in residual elements,% in
- Fe 0,5 0,5 Faith 0.5 0.5
- peso , máx. weight, max.
- Si 0,4 0,4 Yes 0.4 0.4
- Cu Cu
- 0,05 0,05 0.05 0.05
- Mn Mn
- 0,01 0,01 0.01 0.01
- Humedad, máx. Humidity, max.
- 0,2 0,2 0.2 0.2
Para aplicar la capa adhesiva de aluminio, se usó el método de To apply the aluminum adhesive layer, the method of
pulverización de plasma, que se lleva a cabo por medio de un aparato 10 especialmente diseñado en la atmósfera de aire usando una antorcha de plasma spraying, which is carried out by means of a specially designed apparatus 10 in the air atmosphere using a torch of
plasma y un dosificador de diseño original (la descripción del aparato y la antorcha de plasma se da en las patentes RU2295588, W02008063038, W02004079035, US2001014648). Plasma and an original design dispenser (the description of the device and the plasma torch is given in patents RU2295588, W02008063038, W02004079035, US2001014648).
Los modos de pulverización de plasma para el polvo de aluminio y polvo 15 fino así como otros parámetros de proceso se dan en la tabla 5. Tabla 5. Parámetros básicos del proceso de pulverización de plasma The plasma spray modes for aluminum powder and fine powder 15 as well as other process parameters are given in Table 5. Table 5. Basic parameters of the plasma spray process
- Tensión de funcionam iento , V Operating voltage, V
- Corriente de funcionamiento, A Capacidad del aparato, kVA Distancia coo respecto ala boqu ill a de la antorcha de plasma , mm Gas de generación de plasma Polvo que se está pulverizando Contenido fraccional de la mezcla que se está pulverizando Operating current, A Device capacity, kVA Coo distance from the plasma torch nozzle, mm Plasma generation gas Powder that is being sprayed Fractional content of the mixture being sprayed
- 21 4 21 4
- 150 32,1 98 aire Mezcla de polvo de alumin io y I polvo fino Máx. 63 ).1m 150 32.1 98 air Mixture of aluminum powder and I fine powder Max. 63) .1m
Como resultado de las pruebas, se obtuvo un revestimiento de aluminio As a result of the tests, an aluminum coating was obtained
continuo de un espesor de 18 -24 11m. La composición química del revestimiento pulverizado se representa por continuous of a thickness of 18 -24 11m. The chemical composition of the sprayed coating is represented by
5 medio de los datos de una investigación por radiografía (la figura 1), que se lleva a cabo usando la técnica de Bragg-Brentano convencional por medio de 5 means of the data of an investigation by radiography (Figure 1), which is carried out using the conventional Bragg-Brentane technique by means of
un sistema de radiografía DRON-6 que está equipado con un monocromador de grafito secundario. Como una fuente de radiación, se usó radiación de Cu a DRON-6 radiography system that is equipped with a secondary graphite monochromator. As a source of radiation, Cu radiation was used
Ka (A = 1,541838 A). 10 La figura 1 muestra un patrón de difracción de rayos X de la capa de Ka (A = 1.541838 A). 10 Figure 1 shows an X-ray diffraction pattern of the layer of
aluminio pulverizada. pulverized aluminum
La fuerza de adhesión entre el revestimiento de aluminio y el sustrato de metal se evaluó mediante los resultados de mecanización del producto semiThe bond strength between the aluminum cladding and the metal substrate was evaluated by the mechanization results of the semi product
acabado resultante mediante una inspección visual en busca de la presencia resulting finish by visual inspection for presence
15 de discontinuidades en el revestimiento pulverizado (deslaminación, 15 discontinuities in the sprayed coating (delamination,
exfoliación, etc.). La corrugación y la perioración se eligieron como dos operaciones de mecanización típicas y lo bastante agresivas para la evaluación exfoliation, etc.) Corrugation and perioration were chosen as two typical mechanization operations and aggressive enough for evaluation
de la continuidad. Fase 2. of continuity Phase 2.
20 Mecanización (incluyendo corte, corrugación, perioración, etc.) para formar el elemento catalítico en su forma final. 20 Mechanization (including cutting, corrugation, perioration, etc.) to form the catalytic element in its final form.
Esta fase ya se ha descrito parcialmente en la fase 1 (véase en lo que antecede), de tal modo que una descripción adicional de esta fase parece ser superflua. Fase 3. This phase has already been partially described in phase 1 (see above), so that an additional description of this phase seems to be superfluous. Phase 3.
5 Procesar el elemento de catalizador resultante (producto semi-acabado) 5 Process the resulting catalyst element (semi-finished product)
en una atmósfera de vapor de agua -aire a una presión y a una temperatura elevadas para la conversión parcial de la porción superiicial de capa adhesiva en hidróxidos de aluminio. in an atmosphere of water vapor - air at an elevated pressure and temperature for the partial conversion of the upper portion of the adhesive layer into aluminum hydroxides.
El procesamiento hidrotérmico de los productos semi-acabados de 10 soporte que resultan de la pulverización de plasma y de los elementos de catalizador (estructuras celulares) preparados de dicho soporte se llevó a cabo Hydrothermal processing of semi-finished support products resulting from plasma spraying and the catalyst elements (cellular structures) prepared from said support was carried out.
por medio de un aparato especial diseñado y fabricado para resolver este by means of a special device designed and manufactured to solve this
problema. El aparato es una prensa de autoclave (la figura 2) , que está diseñada para operar en el intervalo de temperaturas y de presiones (que se 15 muestra en la tabla 6) y que incluye una cámara de reacción que proporciona un espacio de reacción para recibir los productos semi-acabados y los trouble. The apparatus is an autoclave press (Figure 2), which is designed to operate in the temperature and pressure range (shown in Table 6) and which includes a reaction chamber that provides a reaction space for receive semi-finished products and
elementos de catalizador (estructuras celulares) durante el procesamiento hidrotérmico , una cámara de compuerta que proporciona una pre-colocación de elementos catalíticos para su transporte subsiguiente hasta la cámara de catalyst elements (cellular structures) during hydrothermal processing, a gate chamber that provides a pre-placement of catalytic elements for subsequent transport to the chamber of
20 reacción , y una cámara de descarga desde la cual se descargan los elementos de catalizador procesados. Tabla 6. Intervalos de temperaturas y de presiones de funcionamiento de la prensa de autoclave 20 reaction, and a discharge chamber from which the processed catalyst elements are discharged. Table 6. Temperature and operating pressure ranges of the autoclave press
- Parámetros de Parameters of
- Intervalo de Intervalo de Duración de Interval Interval Duration of
- funcionamiento de operation of
- temperaturas, 2C presiones, atm las pruebas, temperatures, 2C pressures, atm tests,
- I prensa de autoclave I autoclave press
- h h
- 50 -250 50 -250
- 10 -40 sin límite 10 -40 Unlimited
25 El equipo adicional del aparato incluye un dispositivo (3) que proporciona 25 Additional device equipment includes a device (3) that provides
un ajuste y un mantenimiento automáticos de los parámetros de proceso automatic adjustment and maintenance of process parameters
principales (temperatura, presión, humedad, flujo, etc.). Además, en la figura 2 main (temperature, pressure, humidity, flow, etc.). Also, in figure 2
se representan otros elementos de la prensa de autoclave, tales como: válvula other elements of the autoclave press are represented, such as: valve
de excedente (1), pernos de fijación (2) de la tapa, manómetro de presión (4), 30 válvula de escape de vapor de agua (5) y elemento de calentamiento (6). El surplus (1), fixing bolts (2) of the cover, pressure gauge (4), 30 water vapor escape valve (5) and heating element (6). He
modos que se dan en la tabla 7. Tabla 7. Modos básicos de procesamiento de soportes semi-acabados por m d· e 10 de una prensa de autoc Iave modes given in table 7. Table 7. Basic modes of processing semi-finished media per m d · e 10 of an Iave autoclass press
- Modo de funcionamiento Operating mode
- T emoeratura, ' C Presión , atm Duración , h T emoeratura, 'C Pressure, atm Duration, h
- Modo 1 Mode 1
- 150 4 6 150 4 6
- Modo 2 Mode 2
- 210 24 6 210 24 6
- Modo 3 Mode 3
- 210 + 150 24 + 2 6 + 120 210 + 150 24 + 2 6 + 120
5 Algunos estudios han mostrado que el procesamiento hidrotérmico en la 5 Some studies have shown that hydrothermal processing in the
totalidad de los modos (1 , 2 Y3) se ve acompañado por la transición de la capa all modes (1, 2 and 3) are accompanied by the transition of the layer
superficial de revestimiento de aluminio a óxido de aluminio con modificación surface coating aluminum to aluminum oxide with modification
gamma y por el desarrollo de la superticie libre de revestimiento y la formación de una estructura de porosidad óptima. gamma and by the development of the coating-free surface and the formation of an optimal porosity structure.
10 El valor de la superticie libre relativa que caracteriza el desarrollo de porosidad después del procesamiento hidrotérmico mediante los modos 2 y 3, se encuentra en el intervalo de 60 -100 m2¡ g, que es un resultado bastante aceptable. No obstante, si la superficie, en general, conserva la microestructura 10 The value of the relative free superstition that characterizes the development of porosity after hydrothermal processing by means of modes 2 and 3, is in the range of 60 -100 m2¡ g, which is a quite acceptable result. However, if the surface, in general, retains the microstructure
15 marta lógica de la capa pulverizada y, en la capa superticial, se observa la 15 logical marten of the pulverized layer and, in the super-initial layer, the
presencia de partículas esféricas de diversos tamaños (de varias micras a presence of spherical particles of various sizes (from several microns to
decenas de micras) parcialmente deformadas (aplanadas) y firmemente unidas tens of microns) partially deformed (flattened) and firmly joined
entre sí, la cual es una estructura típica de la capa pulverizada, se observa una each other, which is a typical structure of the sprayed layer, a
imagen completamente diferente cuando se procesa mediante el modo 3. 20 En el presente caso , se estableció de forma experimental que, sobre la superticie de capa pulverizada, se forma un "bosque" ordenado de completely different image when processed by mode 3. 20 In the present case, it was experimentally established that, on the pulverized layer surface, an orderly "forest" of
nanocristalitos con forma de aguja con una orientación lo bastante uniforme en needle-shaped nanocrystals with a fairly uniform orientation in
relación con el sustrato. La figura 3 muestra, con diferentes aumentos, la estructura superticial de la capa pulverizada de aluminio después del 25 procesamiento por medio de una prensa de autoclave de acuerdo con el modo 3 (véase la tabla 7). relationship with the substrate. Figure 3 shows, with different magnifications, the superstitial structure of the sprayed aluminum layer after processing by means of an autoclave press according to mode 3 (see table 7).
Una estructura similar se forma de manera continua sobre la superficie de la capa de aluminio pulverizada en los siguientes intervalos de temperaturas y A similar structure is formed continuously on the surface of the sprayed aluminum layer at the following temperature ranges and
de presiones (véase la tabla 8) . 30 Tabla 8. Intervalos paramétricos para formar la nanoestructura de revestimiento of pressures (see table 8). 30 Table 8. Parametric intervals to form the coating nanostructure
forma por etapas (modo 3). stage form (mode 3).
- fntervalos paramétricos para formar Temperatura, la nanoestructura de revestimiento ' C Fase de procesamiento 1 200 -230 Fase de procesamiento 2 150 -170 parametric fntervals to form Temperature, the coating nanostructure 'C Processing phase 1 200 -230 Processing phase 2 150 -170
- Presión, atm 22 -26 4-8 Duración, h 6-8 120 -140 Pressure, atm 22 -26 4-8 Duration, h 6-8 120 -140
Al respecto de los valores anteriores, indicar que la fase de procedimiento Regarding the above values, indicate that the procedure phase
5 1 también podría llevarse a cabo con una duración de entre 6-12 horas. De la misma forma, la fase de procedimiento 2 también podría llevarse a cabo con una duración de entre 120-160 horas. Igualmente la fase de procedimiento 1 también podría podría llevarse a cabo con una presión de 20-26 atmósferas. 5 1 could also be carried out with a duration of between 6-12 hours. In the same way, the procedure phase 2 could also be carried out with a duration of between 120-160 hours. Similarly, the procedure phase 1 could also be carried out with a pressure of 20-26 atmospheres.
10 La figura 3 muestra la estructura de la superiície de capa pulverizada de 10 Figure 3 shows the structure of the pulverized layer surface of
aluminio después del procesamiento en prensa de autoclave de una forma por aluminum after autoclave press processing one way by
etapas con la disminución de la temperatura de procesamiento. stages with the decrease in processing temperature.
Tal como han mostrado las investigaciones de la estructura fina superficial As the investigations of the superficial fine structure have shown
después del procesamiento hidrotérmico, el aumento de temperatura y de 15 presión da lugar a un aumento de la intensidad de transformación del revestimiento de aluminio y el proceso avanza de forma gradual desde la after hydrothermal processing, the increase in temperature and pressure leads to an increase in the intensity of transformation of the aluminum coating and the process progresses gradually from the
superiicie de revestimiento hacia su profundidad. En el presente caso, en la capa pulverizada de aluminio puro se observan una transformación por capas gradual de aluminio metálico en un óxido correspondiente y una formación de coating surface to its depth. In the present case, in the pulverized layer of pure aluminum a gradual layered transformation of metallic aluminum into a corresponding oxide and a formation of
20 microestructura específica. 20 specific microstructure.
En lo que respecta al efecto específico del "bosque" nanoestructurado de Regarding the specific effect of the nanostructured "forest" of
cristales que se forma en las condiciones de un modo por etapas con la crystals that are formed under conditions in a phased manner with the
disminución de temperatura y de presión en la segunda fase , este es causado, probablemente, por el aumento de la selectividad de los puntos de crecimiento decrease in temperature and pressure in the second phase, this is probably caused by the increase in the selectivity of the growth points
25 durante el proceso de cristalización de nanocristales. 25 during the crystallization process of nanocrystals.
Claims (3)
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|---|---|---|---|
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