真空热处理炉在汽车尾气净化器制造方面的关键性应用

2012-09-16陈执铭刘锋敏

电子工业专用设备 2012年12期

陈执铭，刘锋敏，张宁

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

进入21世纪，随着汽车数量越来越多，使用范围越来越广，它的尾气排放对世界环境的负面效应也越来越大。汽车尾气污染物主要包括：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、二氧化硫（SO2）、烟尘微粒（PM，某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）。汽车尾气尤其危害城市环境，引发呼吸系统疾病。还会造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。汽车尾气污染日益成为全球性的问题。为了减少尾气排放的危害，自2004年1月1日起，北京将对机动车的尾气排放标准由当时实行的欧Ⅰ改为欧洲Ⅱ号，到2008年，则正式实施欧洲Ⅲ标准。

在当前的社会要求下，汽车尾气净化器应用而生。它通过真空热处理炉的具体工艺处理，在应用到汽车的尾气排放管中从而达到减少废气排放的目的。

1 真空热处理炉

1.1 设备简介

真空热处理即真空技术与热处理俩个专业相结合的综合技术，是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的。我国将真空分为低、中、高、超高真空。目前大多数真空热处理炉的工作真空度在1.33Pa到1.33×10-3Pa之间。真空热处理炉就是实现真空热处理的设备。

1.2 真空热处理炉的具体作用

因为汽车尾气净化器的载体是由壳体、衬垫、及催化剂等部件组成。我们要让他们组合到一起并且起到净化尾气的目的，其中会涉及到部件之间的联合以及催化剂和部件之间的联合。

真空热处理炉就是利用自身的优势，成功的将各个部件配合到一起的设备。

（1）真空热处理炉在真空下加热，真空具有防止氧化，除气作用。

a，防氧化功能使工件表面无脱碳、无渗碳、还可以去掉工件表面的磷屑和锈迹。净化了工件表面，可以使焊料和催化剂更好地附着在工件表面，提高产品的质量。

b，除气作用。提高材料表面纯度，提高材料的疲劳强度、可塑性和韧性。从而提高了工件的机械性能和使用寿命。

（2）加热温度高，能有效地脱脂和去除油污，蒸发各种杂质，净化工件表面，从而进一步提高产品质量。

（3）真空热处理炉内升温速度可控，且恒温区内温度偏差小。又能缓慢加热，所以工件各部分温度均衡，温差较小，热应力较小，成型后变形量小。能轻易的配合各个标准的部件，保证产品的成品率和质量。传统工艺的焊接不仅不能防氧化，而且焊接部分温度过高，使工件各部分之间温差较大，成型后变形量巨大，达不到产品的要求。

（4）真空热处理炉内工件随着温度逐步的升高，氢的溶解度会越来越小，渗透工件内部的氢会逐渐析出，所以真空热处理炉内无氢脆危险。

（5）真空热处理由微电脑控制升温，出错率小，工艺稳定性和重复性好。

（6）最重要的一点真空热处理炉节能，不需要可燃气体，与可控气氛比，节省原料，成本低，适合大规模的生产。

2 汽车尾气净化器

2.1 产品简介

汽车尾气净化即是采用有效措施，减少污染物的排放和使排放的废气中有毒物质大量的减少。汽车尾气净化器的工作原理是利用排放废气中残余的氧和排气温度，在催化剂表面进行氧化、还原反应，分解尾气中的有害气体，在通过斯帕结构进行二次过滤。

汽车尾气净化器是由里面的载体来实现其净化功能。载体是由壳体、衬垫、及催化剂等部件组成。发动机排出的CO、HC、NOX等有害气体经过催化转化器产生化学反应转化成对人体无害的CO2、N2.水蒸气再排入大气中。

2.2 产品特性及优势

目前市场上普及的汽车尾气净化器，使用的大多是金属载体。金属载体具有低比热、壁薄、高开孔率、耐高温、抗震，价格便宜等特性。由于金属的物理特性，金属载体所用的金属箔带可以达到0.02mm的厚度，使金属载体的开孔率得以大幅度的提高，降低了背压；具有更大的几何表面积，单位体积的净化效率得以提高，可在相同转化率的条件下，采用较小的外形尺寸。

3 汽车尾气净化器金属载体的制作工艺

3.1 前期准备

前期由工人把壳体、衬垫、载体及催化剂等有关部件组成一个产品整体。由人工把半成品（工件）叠放在真空热处理炉的料盘上。工件层与层之间需要薄瓷片（1～3mm厚最合适）分开，防止焊液流出将工件粘在一起，厚瓷片由于隔热严重，通透性差，会使热能大部分消耗在瓷片上，严重地增加了设备的损耗和调高了运行成本。

由于是多层放置，所以工件的摆放一定要整齐，防止在加热过程中或者强冷过程中坍塌，造成不必要的损失。工件和工件之间一定要留有一定的缝隙。防止金属受热粘在一起和焊液流淌把工件连在一起。

装炉后，设备开始运行。当真空度抽至8.0×10-2以下时，开始加热。

3.2 工艺曲线

焊料工艺（曲线图见图1）。

图1 焊料工艺

在S1时间内升温至T1，保温时间为S2；

这个阶段是由于温度不高，对金属材料没什么影响。长时间保温是为了除去工件表面的水渍、油渍、装工件时带入炉体内部的各种杂物以及为了让焊料内部的杂质挥发的更干净。如果低温段升温过快，各种杂质挥发不及时，当温度过高时，会附着在工件表面对工件表面形成污染，影响产品的品质。甚至会污染焊料，造成产品的报废。

关键点：各焊料性能不一样，所以各种内含的杂质，挥发温度和时间长短不同，需根据具体焊料来调节温度。

到S3时间，升温至T2，保温时间为S4；

这个阶段是焊料融化前的保温阶段，在正式生产时，由于工件较多，热传导较慢，吸热不均匀。此时四周的工件温度比内部的工件温度高。这个时候如果不保温或者保温时间不够，直接升温到焊料融化阶段的话，处于炉体内部的工件由于焊料融化温度未到，焊料处于半融化状态或者未融化状态。这样会造成很大的废品率。长时间的保温是为了让整个炉体内部的各个点的温度都均衡。为了在下个阶段升温的时候，都能匀速而稳定地达到焊料融化的温度。

关键点：保温一定要到位，整个热场温度要均衡。当然，保温时间的长短是由产品的材料和工件的多少来决定。

到S5时间，升温至T3；保温时间为S6；

这个阶段是焊料融化的重要阶段。这个阶段温度升温不能太快，也不能太慢。升温过快，会吸热不均匀。还是会造成焊料融化未融化的现象。升温过程如果太慢，会造成焊液四处流动，影响整个产品的外观。甚至会造成很大的废品率。保温时间也不能太长。焊料的一般熔点都在950～980℃之间。保温温度一般会比焊料的融化温度高一点。保温温度高点是为了防止出现受热不均匀，造成废品。还有就是为了加速热传导。使处于整个热场内工件的温度，都处于焊料的融化温度以上。不能保温时间过长是因为如果长时间处于高温状态，工件的材料（主要是金属）组织就会发生变化。从而达不到产品材料要求。温度过高也会发生焊液四处流动的现象。

关键点：前期保温平台T2，S4段一定要做好。升温曲线 S5，T3段和后期的确保平台 S6，T3段要设置合理，既能达到产品合格的目的，又能达到减少功效的要求。

最后一步就是降温过程，有随炉冷却和急速强冷。具体的情况由焊料和材料本身决定。在这里就不详细说明了。

等产品温度冷到常温，打开炉门。取出工件。就完成了整个工艺流程。同时大批量的金属载体（工件）也就制作完成。