真空熱處理爐在汽車尾氣凈化器制造方面的關(guān)鍵性應(yīng)用

陳執(zhí)銘，劉鋒敏，張 寧

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著汽車數(shù)量越來越多，使用范圍越來越廣，它的尾氣排放對(duì)世界環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)也越來越大。汽車尾氣污染物主要包括：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOX）、二氧化硫（SO2）、煙塵微粒（PM，某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）。汽車尾氣尤其危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。還會(huì)造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化。汽車尾氣污染日益成為全球性的問題。為了減少尾氣排放的危害，自2004年1月1日起，北京將對(duì)機(jī)動(dòng)車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)由當(dāng)時(shí)實(shí)行的歐Ⅰ改為歐洲Ⅱ號(hào)，到2008年，則正式實(shí)施歐洲Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。

在當(dāng)前的社會(huì)要求下，汽車尾氣凈化器應(yīng)用而生。它通過真空熱處理爐的具體工藝處理，在應(yīng)用到汽車的尾氣排放管中從而達(dá)到減少?gòu)U氣排放的目的。

1 真空熱處理爐

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

真空熱處理即真空技術(shù)與熱處理倆個(gè)專業(yè)相結(jié)合的綜合技術(shù)，是指熱處理工藝的全部和部分在真空狀態(tài)下進(jìn)行的。我國(guó)將真空分為低、中、高、超高真空。目前大多數(shù)真空熱處理爐的工作真空度在1.33Pa到1.33×10-3Pa之間。真空熱處理爐就是實(shí)現(xiàn)真空熱處理的設(shè)備。

1.2 真空熱處理爐的具體作用

因?yàn)槠囄矚鈨艋鞯妮d體是由殼體、襯墊、及催化劑等部件組成。我們要讓他們組合到一起并且起到凈化尾氣的目的，其中會(huì)涉及到部件之間的聯(lián)合以及催化劑和部件之間的聯(lián)合。

真空熱處理爐就是利用自身的優(yōu)勢(shì)，成功的將各個(gè)部件配合到一起的設(shè)備。

（1）真空熱處理爐在真空下加熱，真空具有防止氧化，除氣作用。

a，防氧化功能使工件表面無脫碳、無滲碳、還可以去掉工件表面的磷屑和銹跡。凈化了工件表面，可以使焊料和催化劑更好地附著在工件表面，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

b，除氣作用。提高材料表面純度，提高材料的疲勞強(qiáng)度、可塑性和韌性。從而提高了工件的機(jī)械性能和使用壽命。

（2）加熱溫度高，能有效地脫脂和去除油污，蒸發(fā)各種雜質(zhì)，凈化工件表面，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）真空熱處理爐內(nèi)升溫速度可控，且恒溫區(qū)內(nèi)溫度偏差小。又能緩慢加熱，所以工件各部分溫度均衡，溫差較小，熱應(yīng)力較小，成型后變形量小。能輕易的配合各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的部件，保證產(chǎn)品的成品率和質(zhì)量。傳統(tǒng)工藝的焊接不僅不能防氧化，而且焊接部分溫度過高，使工件各部分之間溫差較大，成型后變形量巨大，達(dá)不到產(chǎn)品的要求。

（4）真空熱處理爐內(nèi)工件隨著溫度逐步的升高，氫的溶解度會(huì)越來越小，滲透工件內(nèi)部的氫會(huì)逐漸析出，所以真空熱處理爐內(nèi)無氫脆危險(xiǎn)。

（5）真空熱處理由微電腦控制升溫，出錯(cuò)率小，工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好。

（6）最重要的一點(diǎn)真空熱處理爐節(jié)能，不需要可燃?xì)怏w，與可控氣氛比，節(jié)省原料，成本低，適合大規(guī)模的生產(chǎn)。

2 汽車尾氣凈化器

2.1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

汽車尾氣凈化即是采用有效措施，減少污染物的排放和使排放的廢氣中有毒物質(zhì)大量的減少。汽車尾氣凈化器的工作原理是利用排放廢氣中殘余的氧和排氣溫度，在催化劑表面進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)，分解尾氣中的有害氣體，在通過斯帕結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次過濾。

汽車尾氣凈化器是由里面的載體來實(shí)現(xiàn)其凈化功能。載體是由殼體、襯墊、及催化劑等部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的CO、HC、NOX等有害氣體經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成對(duì)人體無害的CO2、N2.水蒸氣再排入大氣中。

2.2 產(chǎn)品特性及優(yōu)勢(shì)

目前市場(chǎng)上普及的汽車尾氣凈化器，使用的大多是金屬載體。金屬載體具有低比熱、壁薄、高開孔率、耐高溫、抗震，價(jià)格便宜等特性。由于金屬的物理特性，金屬載體所用的金屬箔帶可以達(dá)到0.02mm的厚度，使金屬載體的開孔率得以大幅度的提高，降低了背壓；具有更大的幾何表面積，單位體積的凈化效率得以提高，可在相同轉(zhuǎn)化率的條件下，采用較小的外形尺寸。

3 汽車尾氣凈化器金屬載體的制作工藝

3.1 前期準(zhǔn)備

前期由工人把殼體、襯墊、載體及催化劑等有關(guān)部件組成一個(gè)產(chǎn)品整體。由人工把半成品（工件）疊放在真空熱處理爐的料盤上。工件層與層之間需要薄瓷片（1～3mm厚最合適）分開，防止焊液流出將工件粘在一起，厚瓷片由于隔熱嚴(yán)重，通透性差，會(huì)使熱能大部分消耗在瓷片上，嚴(yán)重地增加了設(shè)備的損耗和調(diào)高了運(yùn)行成本。

由于是多層放置，所以工件的擺放一定要整齊，防止在加熱過程中或者強(qiáng)冷過程中坍塌，造成不必要的損失。工件和工件之間一定要留有一定的縫隙。防止金屬受熱粘在一起和焊液流淌把工件連在一起。

裝爐后，設(shè)備開始運(yùn)行。當(dāng)真空度抽至8.0×10-2以下時(shí)，開始加熱。

3.2 工藝曲線

焊料工藝（曲線圖見圖1）。

圖1 焊料工藝

在S1時(shí)間內(nèi)升溫至T1，保溫時(shí)間為S2；

這個(gè)階段是由于溫度不高，對(duì)金屬材料沒什么影響。長(zhǎng)時(shí)間保溫是為了除去工件表面的水漬、油漬、裝工件時(shí)帶入爐體內(nèi)部的各種雜物以及為了讓焊料內(nèi)部的雜質(zhì)揮發(fā)的更干凈。如果低溫段升溫過快，各種雜質(zhì)揮發(fā)不及時(shí)，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)附著在工件表面對(duì)工件表面形成污染，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。甚至?xí)廴竞噶?，造成產(chǎn)品的報(bào)廢。

關(guān)鍵點(diǎn)：各焊料性能不一樣，所以各種內(nèi)含的雜質(zhì)，揮發(fā)溫度和時(shí)間長(zhǎng)短不同，需根據(jù)具體焊料來調(diào)節(jié)溫度。

到S3時(shí)間，升溫至T2，保溫時(shí)間為S4；

這個(gè)階段是焊料融化前的保溫階段，在正式生產(chǎn)時(shí)，由于工件較多，熱傳導(dǎo)較慢，吸熱不均勻。此時(shí)四周的工件溫度比內(nèi)部的工件溫度高。這個(gè)時(shí)候如果不保溫或者保溫時(shí)間不夠，直接升溫到焊料融化階段的話，處于爐體內(nèi)部的工件由于焊料融化溫度未到，焊料處于半融化狀態(tài)或者未融化狀態(tài)。這樣會(huì)造成很大的廢品率。長(zhǎng)時(shí)間的保溫是為了讓整個(gè)爐體內(nèi)部的各個(gè)點(diǎn)的溫度都均衡。為了在下個(gè)階段升溫的時(shí)候，都能勻速而穩(wěn)定地達(dá)到焊料融化的溫度。

關(guān)鍵點(diǎn)：保溫一定要到位，整個(gè)熱場(chǎng)溫度要均衡。當(dāng)然，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短是由產(chǎn)品的材料和工件的多少來決定。

到S5時(shí)間，升溫至T3；保溫時(shí)間為S6；

這個(gè)階段是焊料融化的重要階段。這個(gè)階段溫度升溫不能太快，也不能太慢。升溫過快，會(huì)吸熱不均勻。還是會(huì)造成焊料融化未融化的現(xiàn)象。升溫過程如果太慢，會(huì)造成焊液四處流動(dòng)，影響整個(gè)產(chǎn)品的外觀。甚至?xí)斐珊艽蟮膹U品率。保溫時(shí)間也不能太長(zhǎng)。焊料的一般熔點(diǎn)都在950～980℃之間。保溫溫度一般會(huì)比焊料的融化溫度高一點(diǎn)。保溫溫度高點(diǎn)是為了防止出現(xiàn)受熱不均勻，造成廢品。還有就是為了加速熱傳導(dǎo)。使處于整個(gè)熱場(chǎng)內(nèi)工件的溫度，都處于焊料的融化溫度以上。不能保溫時(shí)間過長(zhǎng)是因?yàn)槿绻L(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，工件的材料（主要是金屬）組織就會(huì)發(fā)生變化。從而達(dá)不到產(chǎn)品材料要求。溫度過高也會(huì)發(fā)生焊液四處流動(dòng)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵點(diǎn)：前期保溫平臺(tái)T2，S4段一定要做好。升溫曲線 S5，T3段和后期的確保平臺(tái) S6，T3段要設(shè)置合理，既能達(dá)到產(chǎn)品合格的目的，又能達(dá)到減少功效的要求。

最后一步就是降溫過程，有隨爐冷卻和急速?gòu)?qiáng)冷。具體的情況由焊料和材料本身決定。在這里就不詳細(xì)說明了。

等產(chǎn)品溫度冷到常溫，打開爐門。取出工件。就完成了整個(gè)工藝流程。同時(shí)大批量的金屬載體（工件）也就制作完成。

4 對(duì)工藝的闡述

不同的焊料，不僅融化溫度不一樣，就是在不同的設(shè)備內(nèi)也不一樣。不是真空度越高越好，溫度越高越好。只有合適的設(shè)備加上合適的工藝才能達(dá)到完美的效果。上面只是對(duì)某種焊料進(jìn)行的詳細(xì)的剖析。闡明各個(gè)溫度段的作用和影響。只是一個(gè)基礎(chǔ)的指導(dǎo)作用。

就是同一種產(chǎn)品，同一種焊料，在不同真空熱處理爐內(nèi)，工藝也可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

總的來說，具體的工藝曲線還需要由所用的焊料和具體的設(shè)備來定。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在整個(gè)汽車尾氣凈化器的生產(chǎn)過程中，真空熱處理爐的應(yīng)用至關(guān)重要。金屬載體作為汽車尾氣凈化器的最重要部分，只能通過真空熱處理爐來處理才能得到合格的產(chǎn)品。產(chǎn)品在不斷的升級(jí)，工藝也在不斷的進(jìn)步，我們只能在不斷進(jìn)步中，不斷的摸索才能做出更好產(chǎn)品，為減少?gòu)U氣的排放作出更多的貢獻(xiàn)。

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[1]范秀英，韓圣慧.我國(guó)汽車尾氣污染狀況及其控制對(duì)策分析[J].環(huán)境科學(xué)，1999，20(5):103-108.

[2]李英實(shí)，陳宏德.負(fù)載型汽車尾氣催化劑簡(jiǎn)介[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999，7（3）：52-60.

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