RU63249U1 - CATALYTIC WIRE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к каталитическим системам сетчатой структуры, изготовленным в форме проволоки. Проволока включает тело 1 и снабжена сердцевиной 2, размещенной в теле 1. Сердцевина 2 выполнена из материала на основе платиноидов, дисперсноупрочненного внутренним окислением с содержанием оксидов 0,25÷1,50 об.%, а тело 1 выполнено из материала на основе платиноидов без оксидной фазы. Сердцевина 2 и тело 1 имеют волокнистую структуру с диаметром волокна (5÷15)·10^-6 м, а отношение их площадей в поперечном сечении проволоки составляет 0,11÷0,18 обратного отношения плотностей их материалов. Новым в проволоке является выполнение ее из двух частей, форма их связи, соотношение размеров и материал. Наличие монолитной структуры проволоки из зоны высокой прочности - сердцевины 2 и зоны высокой пластичности и каталитической активности - тела 1, позволяет создать проволоку с комплексом требуемых характеристик для каталитических устройств: низкой скоростью высокотемпературной ползучести и хорошими каталитическими свойствами. Устройство позволяет экономить дорогостоящий родий при высоких эксплуатационных характеристиках. 1 с.п., 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 илл.The utility model relates to catalytic systems of a mesh structure made in the form of a wire. The wire includes a body 1 and is provided with a core 2 located in the body 1. The core 2 is made of platinum-based material dispersed-strengthened by internal oxidation with an oxide content of 0.25 ÷ 1.50 vol.%, And the body 1 is made of platinum-based material without oxide phase. The core 2 and body 1 have a fibrous structure with a fiber diameter of (5 ÷ 15) · 10 ^-6 m, and the ratio of their areas in the cross section of the wire is 0.11 ÷ 0.18 of the inverse ratio of the densities of their materials. New in the wire is its implementation in two parts, the form of their connection, the ratio of sizes and material. The presence of a monolithic structure of a wire from a zone of high strength - core 2 and a zone of high plasticity and catalytic activity - body 1, allows you to create a wire with a set of required characteristics for catalytic devices: low speed high-temperature creep and good catalytic properties. The device allows you to save expensive rhodium at high performance. 1 s.p., 5 s.p. crystals, 1 tab., 4 ill.

Description

Полезная модель относится к каталитическим системам сетчатой структуры, содержащим материал на основе платиноидов, изготовленный в форме проволоки, которая формирует сетки, используемые в качестве катализаторов, например для окисления аммиака, или для улавливания платиноидов, улетучивающихся с катализаторов.The utility model relates to catalytic systems of a mesh structure containing platinum-based material made in the form of a wire that forms grids used as catalysts, for example for the oxidation of ammonia, or for trapping platinoids that escape from the catalysts.

Известна проволока для сеточных катализаторов, тело которой выполнено из чистых платиноидов - платины и палладия, и сплавов на основе платины, содержащих только металлы платиновой группы (Г.С.Хаяк и др. «Промышленные изделия из благородных металлов и сплавов», М., «Металлургия», 1985 г., стр.88-91, ГОСТ 18389-73 «Проволока из платины и ее сплавов», введен в действие 01.01.1974 г., раздел 2, ГОСТ 13498-79 «Платина и платиновые сплавы. Марки», введен в действие 01.01.1981 г., табл.1, 5.).Known wire for mesh catalysts, the body of which is made of pure platinoids - platinum and palladium, and platinum-based alloys containing only platinum group metals (G.S. Hayak et al. "Industrial products from precious metals and alloys", M., Metallurgy, 1985, pp. 88-91, GOST 18389-73 “Wire made of platinum and its alloys”, entered into force 01.01.1974, section 2, GOST 13498-79 “Platinum and platinum alloys. Grades ”, Entered into force on 01.01.1981, table 1, 5.).

Однако, выполнение тела проволоки только из чистых платиноидов - платины и палладия и их сплавов, не позволяет получить всего комплекса свойств, требуемых от катализаторной сетки: присущая платиноидам высокая каталитическая активность сочетается с недостаточной высокотемпературной прочностью проволоки и большой скоростью ползучести, ответственной за формоизменение проволочной сетки в каталитических процессах. При эксплуатации проволоки в составе сетки зерно платиноидов постоянно растет, границы зерен увеличиваются и углубляются. При воздействии на катализаторную проволоку химически агрессивной газовой смеси, например, содержащей аммиак, происходит эрозия ее поверхности, увеличенной за счет However, the implementation of the body of the wire only from pure platinoids - platinum and palladium and their alloys does not allow to obtain the whole range of properties required from the catalyst network: the inherent high catalytic activity of platinum ions is combined with insufficient high-temperature strength of the wire and high creep rate, which is responsible for the shape of the wire mesh in catalytic processes. During operation of the wire in the composition of the grid, the platinoid grain constantly grows, the grain boundaries increase and deepen. When a chemically aggressive gas mixture, for example, containing ammonia, is exposed to the catalyst wire, erosion of its surface occurs, increased due to

разросшихся границ. Значительное количество платиноидов улетучивается с проволоки и теряется.overgrown borders. A significant amount of platinoids disappears from the wire and is lost.

Известна также проволока для каталитических реакций, используемая для сеточных катализаторов, материалом тела которой являются сплавы на основе платины и палладия, легированные цветными металлами, например такими, как вольфрам, иттрий, цинк (патент Великобритании №2274071, МПК В 01 J 35/04, С 01 В 21/28, оп. 13.07.1994., патент США №5656567, МПК B 01 J 23/42, оп. 12.08.1997).Also known is a wire for catalytic reactions used for wire catalysts, the body material of which is alloys based on platinum and palladium alloyed with non-ferrous metals, such as tungsten, yttrium, zinc (UK patent No. 2274071, IPC B 01 J 35/04, C 01 B 21/28, op. 07/13/1994., US patent No. 5656567, IPC B 01 J 23/42, op. 12.08.1997).

Легирование сплавов на основе платиноидов цветными металлами и даже частичное формирование при кристаллизации сплавов оксида циркония, упрочняет материалы на основе платиноидов, но повышает скорость ползучести и снижает как их высокотемпературные свойства, так и каталитические характеристики, потери платиноидов при эксплуатации сеточных катализаторов из такой проволоки исключить не удается.Alloying platinum-based alloys with non-ferrous metals and even partial formation of zirconium oxide alloys during crystallization, strengthens platinum-based materials, but increases the creep rate and reduces both their high temperature properties and catalytic characteristics, platinum losses during operation of mesh catalysts from such a wire cannot be ruled out succeeds.

Известные проволоки для сеточных катализаторов имеют литую структуру и простую линейную форму, которая не влияет на высокотемпературные механические свойства, скорость ползучести, каталитические свойства проволоки и потери катализаторов.Known wires for mesh catalysts have a cast structure and a simple linear shape that does not affect the high temperature mechanical properties, creep rate, catalytic properties of the wire and loss of catalysts.

Известна также платиноидная проволока для сеточных катализаторов, применяемых в каталитических реакциях, имеющая спиральную форму (патент РФ №2119819, МПК B 01 J 35/06, оп. 10.10.1998., патент Франции №2438114, МПК B 01 J 35/06, оп. 30.04.1980.), которая образует прочную и пластичную арматуру при изготовлении сетки катализатора. Однако, создание в спиральной проволоке внутренних напряжений является недостаточным для достижения требуемых механических и каталитических характеристик проволоки, скорости ползучести и снижения потерь платиноидов. При высокотемпературных каталитических процессах известная проволока теряет форму, а, следовательно, запасенные за счет нее прочность и упругость.Also known is a platinum wire for wire catalysts used in catalytic reactions, having a spiral shape (RF patent No. 2119819, IPC B 01 J 35/06, op. 10.10.1998., French patent No. 2438114, IPC B 01 J 35/06, op. 30.04.1980.), which forms a strong and ductile reinforcement in the manufacture of catalyst mesh. However, the creation of internal stresses in a spiral wire is insufficient to achieve the required mechanical and catalytic characteristics of the wire, the creep rate and reduce the loss of platinoids. In high-temperature catalytic processes, the known wire loses its shape, and, consequently, the strength and elasticity stored due to it.

Известна также проволока для каталитических процессов, тело которой выполнено из сплава на основе платины с добавками палладия и родия, Also known is a wire for catalytic processes, the body of which is made of an alloy based on platinum with the addition of palladium and rhodium,

имеющее тонкое покрытие из чистой платины (патент США №5527756, МПК B 01 J 21/04, оп. 18.06.1994.). Однако, такое покрытие, созданное электростатическим распылением водного раствора платины на поверхность готовой проволочной сетки, имеет очень малую толщину и создано исключительно для облегчения розжига катализатора. Уже в начале эксплуатации такой сетки покрытие на проволоке уменьшается и испаряется, а изготовленный из нее катализатор работает, как обычное каталитическое устройство без покрытия, которое при высоких рабочих температурах не обладает всем комплексом требуемых характеристик.having a thin coating of pure platinum (US patent No. 5527756, IPC B 01 J 21/04, op. 18.06.1994.). However, such a coating, created by electrostatically spraying an aqueous solution of platinum on the surface of a finished wire mesh, has a very small thickness and is designed solely to facilitate ignition of the catalyst. Already at the beginning of the operation of such a mesh, the coating on the wire decreases and evaporates, and the catalyst made from it works like a conventional catalytic device without coating, which at high operating temperatures does not have the whole range of required characteristics.

Известна также проволока для каталитических процессов, используемая для сеточного катализатора, тело которой выполнено из аустенитной стали, содержащей железо, никель и хром, с тонким покрытием из платиновых материалов - сплавов на основе платины с родием или цветными металлами (патент США №3915898, МПК B 01 J 23/40, оп. 28.10.1975.).Also known is a wire for catalytic processes used for a grid catalyst, the body of which is made of austenitic steel containing iron, nickel and chromium, with a thin coating of platinum materials - alloys based on platinum with rhodium or non-ferrous metals (US patent No. 3915898, IPC B 01 J 23/40, op. 28.10.1975.).

Однако, такое покрытие, выполненное электролитически на теле проволоки, имеет очень малую толщину и, если и сохраняется при эксплуатации катализатора из проволочных сеток, то не способствует улучшению высокотемпературных механических свойств проволоки катализаторного устройства в целом и их каталитических характеристик. Так, в процессе эксплуатации проволочных сеток железо, никель и хром из стальной основы тела проволоки диффундируют на поверхность платиноидного покрытия. При этом, как на поверхности, так и внутри покрытия образуются эвтектики и химические соединения этих элементов. Платиноидное покрытие охрупчивается, теряет сплошность, а высокотемпературные прочностные и пластические характеристики проволоки падают. При этом, покрытие в значительной степени подвергается эрозии, что приводит к снижению каталитических характеристик проволоки и увеличению потерь платиноидов.However, such a coating, made electrolytically on the body of the wire, has a very small thickness and, if it is maintained during operation of the catalyst from wire mesh, it does not improve the high-temperature mechanical properties of the wire of the catalyst device as a whole and their catalytic characteristics. So, during the operation of wire mesh iron, nickel and chromium from the steel base of the body of the wire diffuse on the surface of the platinum coating. In this case, both on the surface and inside the coating, eutectics and chemical compounds of these elements are formed. The platinum coating becomes embrittle, loses its continuity, and the high-temperature strength and plastic characteristics of the wire fall. Moreover, the coating is largely subjected to erosion, which leads to a decrease in the catalytic characteristics of the wire and an increase in the loss of platinoids.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к заявляемой полезной модели является проволока для каталитических According to the technical nature and the achieved result, the wire for catalytic is closest to the claimed utility model

процессов по патенту РФ №2017520, МПК B 01 J 35/04, B 01 J 23/40, B 01 J 37/00, оп. 15.08.1994.processes according to the patent of the Russian Federation No. 20177520, IPC B 01 J 35/04, B 01 J 23/40, B 01 J 37/00, op. 08/15/1994.

Указанная проволока формирует каталитические системы сеточной структуры. Тело проволоки выполнено цельным, имеет литую структуру из материалов на основе платиноидов. В описании к патенту указывается о возможности выполнения тела проволоки из чистых платиноидов и нелегированных другими металлами сплавов на их основе. Так, материалами на основе платиноидов для тела известной проволоки являются сплавы на основе платины, легированные только палладием и родием. Другими платиноидными материалами являются сплавы на основе палладия, легированные цветными металлами: никелем и медью. Однако, известная проволока, тело которой выполнено, например, из чистых платины и палладия, предварительно свитая с нитями из натуральных и искусственных волокон, используемых для упрочнения сеток, при высокотемпературной эксплуатации ломается и рвется. При достаточно высоких каталитических свойствах известная проволока обладает низкими механическими характеристиками и большой скоростью ползучести. Легирование платинового сплава родием повышает его прочностные характеристики, но, при этом, значительно увеличивает стоимость сплава за счет дорогостоящего родия.The specified wire forms a catalytic system of a grid structure. The body of the wire is solid, has a cast structure of materials based on platinoids. In the description of the patent, it is indicated that the body of the wire can be made of pure platinoids and alloys unalloyed with other metals based on them. Thus, platinum-based materials for the body of a known wire are platinum-based alloys doped only with palladium and rhodium. Other platinum materials are palladium-based alloys alloyed with non-ferrous metals: nickel and copper. However, the well-known wire, the body of which is made, for example, of pure platinum and palladium, previously twisted with threads of natural and artificial fibers used to strengthen the nets, breaks and breaks during high-temperature operation. With sufficiently high catalytic properties, the known wire has low mechanical characteristics and a high creep rate. Alloying a platinum alloy with rhodium increases its strength characteristics, but, at the same time, significantly increases the cost of the alloy due to expensive rhodium.

Проволока, тело которой выполнено из легированных цветными металлами сплавов на основе платиноидов, хотя и имеет несколько повышенные высокотемпературные прочностные характеристики за счет упрочняющего влияния легирования, но не обладает достаточно высокой каталитической активностью. Это является следствием того, что ответственных за эту характеристику платины и палладия является недостаточно, всвязи с тем, что они замещены легирующими элементами цветных металлов. Кроме того, легирующие элементы, диффундируя на поверхность тела проволоки и образуя там оксидные фазы, снижают ее каталитическую активность, высокотемпературные механические свойства и повышают скорость ползучести, что приводит A wire whose body is made of alloys based on non-ferrous metals based on platinoids, although it has slightly increased high-temperature strength characteristics due to the strengthening effect of alloying, does not have a sufficiently high catalytic activity. This is due to the fact that those responsible for this characteristic of platinum and palladium are not enough, due to the fact that they are replaced by alloying elements of non-ferrous metals. In addition, alloying elements, diffusing onto the surface of the wire body and forming oxide phases there, reduce its catalytic activity, high-temperature mechanical properties and increase the creep rate, which leads to

к потерям дорогостоящих и дефицитных платиноидов при эксплуатации проволочных сеток.to the loss of expensive and scarce platinoids in the operation of wire mesh.

При выполнении проволоки цельной процесс разрушения при высокотемпературной эксплуатации, не встречая препятствий, распространяется на все тело проволоки, что приводит к ее быстрому растрескиванию и потерям платиноидов.When the wire is made, the whole process of destruction during high-temperature operation, without encountering obstacles, extends to the entire body of the wire, which leads to its rapid cracking and loss of platinum.

Так, известная проволока не обладает необходимым комплексом высокотемпературных свойств, особенно достаточной низкой ползучестью, и требуемыми каталитическими характеристиками.Thus, the known wire does not possess the necessary complex of high temperature properties, especially a sufficiently low creep, and the required catalytic characteristics.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание проволоки для катализаторных сеток с комплексом высоких каталитических, высокотемпературных механических свойств и низкой скоростью ползучести, обеспечивающих одновременное снижение потерь материалов проволоки.The problem to which the claimed utility model is directed is to create a wire for catalyst meshes with a complex of high catalytic, high-temperature mechanical properties and low creep rate, which simultaneously reduce the loss of wire materials.

Техническим результатом при использовании полезной модели является создание монолитной структуры проволоки из зоны высокой прочности по центру проволоки и зоны высокой пластичности и каталитической активности от центра к ее периферии.The technical result when using the utility model is to create a monolithic structure of a wire from a zone of high strength in the center of the wire and a zone of high plasticity and catalytic activity from the center to its periphery.

Поставленная задача достигается тем, что проволока для каталитических процессов, тело которой выполнено из материала на основе платиноидов, снабжена сердцевиной, размещенной в теле, выполненной из материала на основе платиноидов, дисперсноупрочненного внутренним окислением, с содержанием оксидов 0,25÷1,50 об.%, при этом, сердцевина и тело имеют волокнистую структуру с диаметром волокон (5÷15)·10^-6 м, кроме того, отношение площадей сердцевины и тела в поперечном сечении проволоки составляет 0,11÷0,18 обратного отношения их плотностей.The problem is achieved in that the wire for catalytic processes, the body of which is made of platinum-based material, is equipped with a core placed in a body made of platinum-based material, dispersively strengthened by internal oxidation, with an oxide content of 0.25 ÷ 1.50 vol. %, while the core and body have a fibrous structure with a fiber diameter of (5 ÷ 15) · 10 ^-6 m, in addition, the ratio of the core and body areas in the cross section of the wire is 0.11 ÷ 0.18 of the inverse ratio of their densities.

Кроме того, сердцевина проволоки может быть выполнена неправильной формы.In addition, the core of the wire may be irregularly shaped.

Кроме того, сердцевина и тело проволоки могут быть выполнены из одноосновных материалов.In addition, the core and body of the wire can be made of monobasic materials.

Кроме того, сердцевина и тело могут быть выполнены из разноосновных материалов.In addition, the core and the body can be made of heterogeneous materials.

Кроме того, в качестве материала сердцевины могут быть выбраны, преимущественно, платина, палладий, сплавы на основе платины или сплавы на основе палладия.In addition, mainly platinum, palladium, platinum-based alloys or palladium-based alloys can be selected as the core material.

Кроме того, в качестве материала тела могут быть выбраны, преимущественно, платина, палладий, сплавы на основе платины или сплавы на основе палладияIn addition, mainly platinum, palladium, platinum-based alloys or palladium-based alloys can be selected as the body material.

Обеспечение всего комплекса высоких каталитических и механических свойств проволоки при высоких температурах эксплуатации с одновременным снижением скорости ползучести и потерь ее материала обеспечивается наличием нового конструктивного элемента устройства, правильным выбором формы связи между элементами устройства, соотношением их размеров, характеристикой материала этих элементов.Ensuring the entire complex of high catalytic and mechanical properties of the wire at high operating temperatures with a simultaneous decrease in the creep rate and loss of its material is ensured by the presence of a new structural element of the device, the correct choice of the form of communication between the elements of the device, the ratio of their sizes, and the material characteristics of these elements.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.The essence of the proposed technical solution is as follows.

Выполнение сердцевины проволоки из дисперсноупрочненного внутренним окислением материала на основе платиноидов, позволяет создать мелкозернистую структуру, упрочненную дисперсными частицами термически и механически прочной оксидной фазы определенного объема как внутри зерен, так и по их границам. Такая структура повышает прочность проволоки. Кроме того, за счет своего армирующего влияния на структуру тела, дисперсноупрочненный платиновый материал дает возможность стабилизировать мелкозернистую структуру тела проволоки при эксплуатации в условиях высоких температур и знакопеременных нагрузках. При этом, прочностные и пластические свойства проволоки повышаются. Покрытие сохраняет свою сплошность, а, следовательно - уникальные физико-химические свойства платиноидов и сплавов на их основе, которые и определяют их использование в качестве катализаторов.The implementation of the core of the wire from a dispersion-strengthened internal oxidation material based on platinoids allows you to create a fine-grained structure hardened by dispersed particles of a thermally and mechanically strong oxide phase of a certain volume both inside the grains and along their boundaries. This structure increases the strength of the wire. In addition, due to its reinforcing effect on the structure of the body, the dispersion-strengthened platinum material makes it possible to stabilize the fine-grained structure of the wire body during operation at high temperatures and alternating loads. At the same time, the strength and plastic properties of the wire are increased. The coating retains its continuity, and, consequently, the unique physicochemical properties of platinoids and alloys based on them, which determine their use as catalysts.

Следует отметить, что общим для всех материалов на основе платиноидов, дисперсноупрочненных внутренним окислением, является то, что при внутреннем окислении платиноиды сохраняют свои химические свойства, сами не окисляются, а происходит только образование оксидов легирующих неблагородных металлов.It should be noted that what is common to all materials based on platinoids dispersed hardened by internal oxidation is that during internal oxidation, platinoids retain their chemical properties, do not oxidize themselves, and only the formation of oxides of alloying base metals occurs.

Выполнение тела проволоки из материала на основе платиноидов, свободного от оксидной фазы, обеспечивает материалу проволоки высокую каталитическую активность, присущую металлам группы платиноидов, и одновременно экранирует дисперсно-упрочненный материал сердцевины от агрессивной газовой среды, содержащей кислород. Материал тела проволоки предотвращает диффузию химических элементов из материала сердцевины на поверхность тела проволоки, исключая образование хрупких фаз. Это сохраняет прочность сердцевины и повышает высокотемпературную прочность всей проволоки.The implementation of the body of the wire from a material based on platinum, free from the oxide phase, provides the wire material with the high catalytic activity inherent in the metals of the platinum group, and at the same time shields the dispersion-strengthened core material from an aggressive gas atmosphere containing oxygen. The body material of the wire prevents the diffusion of chemical elements from the core material onto the surface of the body of the wire, eliminating the formation of brittle phases. This preserves the strength of the core and increases the high temperature strength of the entire wire.

Так, каждая часть проволоки: внутренняя - высокопрочная сердцевина и внешняя - в форме тела, пластичная, с высоким уровнем каталитических характеристик, влияет на выполнение функции другой частью, усиливая присущие ей свойства, при этом потери материала проволоки в каталитических процессах снижаются.So, each part of the wire: the inner one is a high-strength core and the outer one is in the form of a body, plastic, with a high level of catalytic characteristics, affects the function of the other part, enhancing its inherent properties, while the loss of wire material in catalytic processes is reduced.

Заявляемое расположение частей проволоки - сердцевины, размещенной в теле, а именно: в середине толщи тела, обеспечивают сплошное неразрывное соединение частей проволоки, а значит, и сплошность проволоки. Наличие непрерывного контакта сердцевины, выполненной в теле проволоки, позволяет создать прочный контакт частей проволоки за счет взаимной диффузии платиноидов в приповерхностных зонах сердцевины и тела проволоки и, тем самым, создать в этих зонах прочную металлургическую связь материалов на основе платиноидов. Это позволяет сформировать проволоку как одно целое, изменений микроструктуры материалов в каждой из частей проволоки не происходит.The inventive arrangement of the parts of the wire - the core, located in the body, namely: in the middle of the thickness of the body, provide a continuous inextricable connection of the parts of the wire, and hence the continuity of the wire. The presence of continuous contact of the core made in the body of the wire makes it possible to create a strong contact of the parts of the wire due to the mutual diffusion of platinoids in the surface areas of the core and body of the wire and, thus, create a strong metallurgical bond in these areas of materials based on platinoids. This allows you to form a wire as a whole, changes in the microstructure of materials in each part of the wire does not occur.

Количество оксидной фазы в дисперсноупрочненном материале на основе платиноидов, составляющее 0,25÷1,50 об.%, является необходимым и достаточным для формирования прочной сердцевины и проволоки в целом. Повышение механических характеристик платиноидной проволоки способствует ее специфическому использованию в качестве катализатора.The amount of the oxide phase in the dispersion-strengthened material based on platinoids, comprising 0.25 ÷ 1.50 vol.%, Is necessary and sufficient for the formation of a strong core and wire as a whole. Improving the mechanical characteristics of platinum wire contributes to its specific use as a catalyst.

Выполнение тела и сердцевины из материала на основе платиноидов с волокнистой структурой при диаметре волокон в диапазоне (5÷15)·10^-6 м, найденном экспериментально, значительно упрочняет тело проволоки и в еще большей степени упрочняет ее сердцевину за счет двух взаимно связанных факторов - наличия дисперсной фазы и волокнистой структуры. Действительно - оксиды, обладающие высокой термической и механической прочностью, располагаются по границам и внутри зерен, повышая прочность материала. При этом, их расположение вдоль волокон облегчает скольжение волокон относительно друг друга при знакопеременных нагрузках на проволоку в процессе эксплуатации, что увеличивает пластичность сердцевины и жаропрочность проволоки.The implementation of the body and the core of a material based on platinum fibers with a fiber structure with a fiber diameter in the range of (5 ÷ 15) · 10 ^-6 m, found experimentally, significantly strengthens the body of the wire and even more strengthens its core due to two mutually related factors - the presence of a dispersed phase and fibrous structure. Indeed, oxides with high thermal and mechanical strength are located along the boundaries and inside the grains, increasing the strength of the material. Moreover, their location along the fibers facilitates the sliding of the fibers relative to each other under alternating loads on the wire during operation, which increases the ductility of the core and the heat resistance of the wire.

Сочетание упрочнения дисперсными фазами с волокнистой структурой сердцевины дало хорошие результаты в повышении не только высокотемпературных механических, но и каталитических характеристик всей проволоки при снижении потерь платиноидов, особенно при длительной эксплуатации в каталитических процессах.The combination of hardening by dispersed phases with the fibrous structure of the core gave good results in increasing not only the high-temperature mechanical, but also the catalytic characteristics of the whole wire while reducing platinum losses, especially during prolonged use in catalytic processes.

Экспериментально установлено, что в поперечном сечении проволоки отношение площадей сердцевины и тела проволоки составляет 0,11÷0,18 отношения плотностей материала тела и сердцевины. Такое соотношение является экспериментально найденным условием достижения технического результата.It was experimentally established that in the cross section of the wire, the ratio of the areas of the core and the body of the wire is 0.11 ÷ 0.18, the ratio of the densities of the material of the body and the core. This ratio is an experimentally found condition for achieving a technical result.

Меньшее, чем указано, отношение площадей приводит к недостаточному количеству материала сердцевины для создания прочной сердцевины, а также снижает возможность образования мелкодисперсной структуры тела проволоки, тем самым не обеспечивая и его упрочнения. Это снижает высокотемпературные A smaller than indicated ratio of the areas leads to an insufficient amount of core material to create a strong core, and also reduces the possibility of the formation of a finely dispersed structure of the body of the wire, thereby not providing its hardening. It reduces high temperature

механические характеристики всей проволоки и ее каталитические свойства, повышает скорость ползучести, приводит к повышенным потерям платиноидов.the mechanical characteristics of the whole wire and its catalytic properties, increases the creep rate, leads to increased losses of platinoids.

Большее, чем заявляемое, отношение площадей сердцевины и тела проволоки, приводит к большему, чем требуется, возрастанию количества материала сердцевины и чрезмерному уменьшению толщины тела проволоки. Это исключает экранирующее влияние тела на сердцевину, необходимое для сохранения ее высокотемпературной прочности. При этом, само тело теряет свои каталитические свойства за счет возможности выхода химических элементов сердцевины на поверхность тела и изменения ее химсостава.A larger than the claimed ratio of the core and body areas of the wire leads to a larger than required increase in the amount of core material and an excessive decrease in the thickness of the wire body. This eliminates the shielding effect of the body on the core, necessary to maintain its high temperature strength. At the same time, the body itself loses its catalytic properties due to the possibility of the release of chemical elements of the core to the surface of the body and changes in its chemical composition.

Пластические свойства проволоки уменьшаются, и увеличивается ее обрывность, при этом снижаются и ее каталитические свойства. Потери платиноидов из-за разрушения целостности поверхности проволоки возрастает. Выполнение проволоки с сердцевиной, имеющей неправильную форму, еще в большей степени способствует созданию комплекса высоких свойств проволоки за счет наличия разветвленной, большой протяженности границы частей проволоки, что позволяет в большей степени закрепить их между собой и использовать их как одно целое в составе проволоки.The plastic properties of the wire are reduced, and its breakage is increased, while its catalytic properties are reduced. The loss of platinoids due to the destruction of the integrity of the surface of the wire increases. The implementation of a wire with a core having an irregular shape even more contributes to the creation of a complex of high properties of the wire due to the presence of a branched, large length of the boundary of the parts of the wire, which allows them to be fixed to a greater extent and used as one unit in the composition of the wire.

Выполнение сердцевины и тела проволоки, как из одноосновных, так и из разноосновных платиновых сплавов, приводит к тому, что, образующиеся твердые растворы без эвтектик и соединений гарантируют стабильность кристаллической решетки материала. Это еще в большей степени повышает свойства проволоки.The implementation of the core and body of the wire, both from monobasic and heterogeneous platinum alloys, leads to the fact that the resulting solid solutions without eutectics and compounds guarantee the stability of the crystal lattice of the material. This further enhances the properties of the wire.

Так, в качестве материалов на основе платиноидов для сердцевины и тела могут быть выбраны, преимущественно, платина или палладий, или сплавы на основе платины, или сплавы на основе палладия, по своим характеристикам пригодные для жаропрочных конструкций в условиях каталитических процессов.So, mainly platinum or palladium, or platinum-based alloys, or palladium-based alloys, which in their characteristics are suitable for heat-resistant structures under catalytic processes, can be selected as platinum-based materials for the core and body.

Наличие в проволоке сердцевины из особого высокопрочного материала на основе платиноидов, дисперсноупрочненного именно внутренним The presence in the wire of a core made of a special high-strength material based on platinoids, dispersively strengthened by the internal

окислением со строго определенным количеством оксидов, волокнистой структуры с определенным размером волокон, а также неразрывно связанным с ней телом проволоки с такой же волокнистой структурой и необходимым соотношением площадей сердцевины и тела в поперечном сечении проволоки, позволили создать и сохранить при эксплуатации эффективную каталитическую поверхность и снизить потери платиноидов.oxidation with a strictly defined amount of oxides, a fibrous structure with a certain fiber size, as well as an inextricably linked wire body with the same fibrous structure and the necessary ratio of core and body areas in the cross section of the wire, made it possible to create and maintain an effective catalytic surface during operation and reduce loss of platinoids.

Наличие отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков позволяет признать заявляемую полезную модель новой.The presence of essential features distinctive from the closest analogue allows us to recognize the claimed utility model as new.

Возможность изготовления полезной модели и использования ее в промышленности позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «промышленная применимость».The possibility of manufacturing a utility model and its use in industry allows us to conclude that it meets the criterion of "industrial applicability".

Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлен общий вид проволоки и ее поперечное сечение:The utility model is illustrated by drawings, which show a General view of the wire and its cross section:

фиг.1 - общий вид проволоки с секущей плоскостью «А» и сечением в изометрии.figure 1 is a General view of a wire with a secant plane "A" and a cross section in isometry.

фиг.2 - поперечное сечение «А» проволоки, повернуто, увеличено.figure 2 is a cross section "A" of the wire, rotated, enlarged.

На снимках показана микроструктура шлифов:The microstructure of thin sections is shown in the pictures:

фиг.3 - микроструктура поперечного сечения проволоки с сердцевиной из дисперсноупрочненного палладия ПдДУ (темное поле) и телом из чистой платины Пл99,93 (светлое поле), увеличение ×70figure 3 - microstructure of a cross section of a wire with a core of dispersion-strengthened palladium PDDU (dark field) and a body of pure platinum Pl99.93 (bright field), magnification × 70

фиг.4 - микроструктура продольного сечения проволоки с сердцевиной из дисперсноупрочненной платины (зона 1) и телом из чистой платины Пл99,93 (зона 2), однонаправленные линии - границы волокон, увеличение ×140×4figure 4 - microstructure of a longitudinal section of a wire with a core made of dispersively hardened platinum (zone 1) and a body of pure platinum Pl99.93 (zone 2), unidirectional lines — fiber boundaries, magnification × 140 × 4

Проволока для каталитических процессов, например, сеточных катализаторов, применяемых в процессе окисления аммиака, состоит из тела 1 проволоки и снабжена сердцевиной 2, размещенной в теле 1. При этом, сердцевина 2 выполнена из материала на основе платиноида - чистой платины, дисперсноупрочненного внутренним окислением с содержанием оксидов циркония и иттрия 0,85 об.%, а тело 1 выполнено также из материала на основе The wire for catalytic processes, for example, mesh catalysts used in the process of ammonia oxidation, consists of a body of wire 1 and is provided with a core 2 located in body 1. Moreover, the core 2 is made of a material based on platinumoid - pure platinum, dispersed hardened by internal oxidation with the content of zirconium and yttrium oxides of 0.85 vol.%, and the body 1 is also made of material based on

платиноидов - из чистой платины, свободной от оксидной фазы. Кроме того, сердцевина 2 и тело 1 имеют волокнистую структуру с диаметром волокна 10·10^-6 м. При этом, в поперечном сечении проволоки отношение площадей сердцевины 2 и тела 1 составляет 0,11 отношения плотности тела 1, составляющей 21,40 г/см³ к плотности материала сердцевины, которая составляет 21,36 г/см³. Полученное отношение площадей коррелирует с отношением количества материала сердцевины и тела на единице длины проволоки.platinoids - from pure platinum, free of oxide phase. In addition, the core 2 and the body 1 have a fibrous structure with a fiber diameter of 10 · 10 ^-6 m. Moreover, in the cross section of the wire, the ratio of the areas of the core 2 and body 1 is 0.11 the ratio of the density of the body 1, which is 21.40 g / cm ³ to the density of the core material, which is 21.36 g / cm ³ . The resulting area ratio correlates with the ratio of the amount of core and body material per unit length of wire.

Поэтому, при отношении площадей сердцевины и тела в поперечном сечении проволоки или отношении их масс, составляющем 0,11·(21,40/21,36) и при известной массе материала сердцевины, известна и масса материала тела проволоки. Для данных материалов сердцевины и тела проволоки масса дисперсноупрочненного материала на единице длины проволоки составила 1 кг, а масса материала тела равна 9 кг.Therefore, with the ratio of the core and body areas in the wire cross section or their mass ratio being 0.11 · (21.40 / 21.36) and with the known mass of the core material, the mass of the body of the wire is also known. For these materials of the core and body of the wire, the mass of the dispersion-strengthened material per unit length of the wire was 1 kg, and the mass of the body material is 9 kg.

Заявляемую проволоку получают следующим образом.The inventive wire is obtained as follows.

Берут чистую платину марки Пл-99,93, содержащую 99,93 мас.% платины, остальное - примеси, имеющую форму проволоки диаметром 3·10^-4 м.They take pure platinum of the grade Pl-99.93, containing 99.93 wt.% Platinum, the rest is impurities, having the form of a wire with a diameter of 3 · 10 ^-4 m.

Берут также дисперсноупрочненную внутренним окислением платину марки Пл-99ДУ, содержащую в масс.%: 99,5 - платины, 0,5 циркония и иттрия, также имеющую форму проволоки диаметром 3·10^-4 м.They also take dispersed hardened internal oxidation platinum of the Pl-99DU grade, containing in wt.%: 99.5 - platinum, 0.5 zirconium and yttrium, also having the form of a wire with a diameter of 3 · 10 ^-4 m.

Количество материала сердцевины и тела проволоки определяют с учетом диапазона заявляемых величин 0,11÷0,18, а именно: 0,11. Так, материал сердцевины берут массой 1 кг, а материал тела проволоки - 9 кг.The amount of material of the core and body of the wire is determined taking into account the range of the claimed values of 0.11 ÷ 0.18, namely: 0.11. So, the core material is taken in a mass of 1 kg, and the body material of the wire is 9 kg.

Дисперсноупрочненную оксидами циркония и иттрия платиновую проволоку размещают в центре прессовой заготовки из чистой платины, укладывая вдоль направления последующего прессования. Прессование осуществляют на 250-тонном прессе и получают прессовку диаметром 8·10^-2 м и высотой 13·10^-2 м. Затем проводят индукционный нагрев прессовки при 1500°С. Получают прессовку с сердцевиной из дисперсноупрочненной оксидами циркония и иттрия платины и с телом из чистой, свободной от оксидов Dispersion-strengthened zirconium and yttrium oxides platinum wire is placed in the center of the blank of pure platinum, laying along the direction of subsequent pressing. Pressing is carried out on a 250-ton press and a press is obtained with a diameter of 8 · 10 ^-2 m and a height of 13 · 10 ^-2 m. Then, induction heating of the compact is carried out at 1500 ° C. A compact is obtained with a core made of dispersion-strengthened zirconium and yttrium platinum oxides and with a pure oxide-free body

платины. Сформированные при данной операции волокна в обоих платиновых материалах расположены по высоте прессовки.platinum. The fibers formed during this operation in both platinum materials are located along the pressing height.

Затем производят сковывание прессовки поперек ее волокон в прутки размером (27×27×300)·10^-3 м, из которых затем на завальцовочном стане «Skoda» получают катанку диаметром 8·10^-3 м. Полученную катанку подвергают холодному волочению с двумя промежуточными отжигами при 1000°С для снятия в ней внутренних напряжений и придания ей пластичности.Then, the pressing is pressed across its fibers into rods of size (27 × 27 × 300) · 10 ^-3 m, from which then a wire rod with a diameter of 8 · 10 ^-3 m is obtained on a Skoda rolling mill. The resulting wire rod is subjected to cold drawing with two intermediate annealing at 1000 ° C to relieve internal stresses and give it ductility.

После проведенных технологических операций проволока имеет диаметр (92±4)·10^-6 м.After the technological operations, the wire has a diameter of (92 ± 4) · 10 ^-6 m.

Высокотемпературные механические свойства материала заявляемой проволоки (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение) измеряли на этой же проволоке на промежуточном диаметре 0,5·10^-3 м на разрывной машине «Instron». Измерения осуществляли при температуре эксплуатации проволоки в каталитических процессах: 900°С.The high-temperature mechanical properties of the material of the inventive wire (tensile strength, yield strength, elongation) were measured on the same wire at an intermediate diameter of 0.5 · 10 ^-3 m on an Instron tensile testing machine. The measurements were carried out at a wire operating temperature in catalytic processes: 900 ° C.

Скорость ползучести, характеризующую скорость формоизменения, измеряли на установке высокотемпературной ползучести.The creep rate characterizing the rate of change was measured using a high-temperature creep apparatus.

Из полученной проволоки была изготовлена тканая сетка с плетением 1024 шт. на 1 см².A woven mesh with weaving of 1024 pieces was made of the resulting wire. on 1 cm ² .

Сетка была испытана в качестве катализатора в реакторе окисления аммиака при 800÷900°С в течение 1550 час. Были получены каталитические свойства проволочной сетки, изготовленной из заявляемой проволоки:The grid was tested as a catalyst in an ammonia oxidation reactor at 800 ÷ 900 ° C for 1550 hours. The catalytic properties of a wire mesh made of the inventive wire were obtained:

- температура розжига, характеризующая температуру начала функционирования катализатора,- ignition temperature, characterizing the temperature at which the catalyst began to function,

- селективность катализатора - способность катализатора инициировать преимущественное образование полезного продукта (NО),- catalyst selectivity - the ability of the catalyst to initiate the predominant formation of a useful product (NO),

- потери - потери платиноидов с катализатора за время его работы: отношение изменения массы катализатора к его первоначальной массе.- Losses - Losses of platinoids from the catalyst during its operation: the ratio of the change in the mass of the catalyst to its initial mass.

Полученные данные были занесены в таблицу.The data obtained were listed in the table.

В таблице приведены сравнительные данные для сеток из заявляемой и известной проволок, подвергнутых испытанию в составе сетчатых катализаторов на установках окисления аммиака и определения высокотемпературной ползучести.The table shows the comparative data for the grids of the claimed and known wires, tested in the composition of the mesh catalysts for ammonia oxidation and determination of high temperature creep.

В качестве известных проволок представлена проволока, полученная в соответствии с ближайшим аналогом, тело которой выполнено из разных материалов на основе платиноидов.As known wires, a wire is obtained, obtained in accordance with the closest analogue, the body of which is made of different materials based on platinoids.

Приведены также характеристики и свойства известных цельных проволок, тело которых выполнено из платиноидных материалов, соответствующих материалам частей предлагаемой проволоки.The characteristics and properties of known solid wires, the body of which is made of platinum materials corresponding to the materials of parts of the proposed wire, are also given.

Из таблицы видно, что весь комплекс характеристик заявляемой проволоки значительно лучше, чем комплекс показателей, присущий частям проволоки в их разобщенности.The table shows that the whole set of characteristics of the claimed wire is much better than the set of indicators inherent in the parts of the wire in their disunity.

Из таблицы можно заключить, что по сравнению с ближайшим аналогом заявляемая проволока имеет более низкую скорость ползучести, что позволяет изготавливать из нее сеточные катализаторы, большее время сохраняющие свою форму в условиях высоких температур и химически агрессивных сред при переменных нагрузках эксплуатации катализаторов.It can be concluded from the table that, in comparison with the closest analogue, the inventive wire has a lower creep rate, which makes it possible to produce mesh catalysts from it, which retain their shape for a longer time at high temperatures and chemically aggressive environments under variable operating loads of the catalysts.

Из таблицы также видно, что сетчатые катализаторы из заявляемой проволоки по сравнению с такими же катализаторами из проволоки, соответствующей наиболее близкому аналогу, имеют более высокие каталитические характеристики:The table also shows that the mesh catalysts of the inventive wire compared with the same catalysts from the wire corresponding to the closest analogue, have higher catalytic characteristics:

- более низкую температуру розжига,- lower ignition temperature,

- повышенную селективность,- increased selectivity,

- более низкие потери платиноидов.- lower losses of platinoids.

Кроме того, по сравнению с ближайшим аналогом при изготовлении заявляемой проволоки не используется дорогостоящий платиноид родий.In addition, compared with the closest analogue in the manufacture of the inventive wire does not use expensive platinum rhodium.

Это снижает стоимость катализатора и себестоимость конечного продукта - азотной кислоты, а следовательно повышает и прибыль при получении This reduces the cost of the catalyst and the cost of the final product - nitric acid, and therefore increases the profit upon receipt

конечного продукта в каталитических процессах при использовании предлагаемой проволоки, что выдвигает заявляемую полезную модель в разряд ресурсосберегающих технических решений.the final product in catalytic processes using the proposed wire, which puts forward the claimed utility model in the category of resource-saving technical solutions.

Таблица
Характеристика и свойства заявляемой и известной проволокTable
Characteristics and properties of the claimed and known wires № п/пNo. p / p Проволока для каталитических процессовCatalytic wire Характеристика проволокиWire characteristic Свойства проволокиWire properties Название частей проволокиThe name of the parts of the wire Материал (марка)Material (brand) Количество оксидов, об.%The amount of oxides, vol.% Размер волокна, 1·10^-6 мFiber size, 1 · 10 ^-6 m Скорость ползучести, %/часCreep rate,% / hour Каталитические свойстваCatalytic properties температура розжига, °Сignition temperature, ° С селективность, %selectivity,% потери, %loss% 1one ПредлагаемаяProposed сердцевина телоcore body Пл 99ДУ Пл 99,93Pl 99DU Pl 99.93 0,110.11 0,85
-0.85
- 10
-10
- 0,1-0,50.1-0.5 105105 97,697.6 21,021.0 22 ПредлагаемаяProposed сердцевина телоcore body Пд ДУ
Пл 99,93Front remote control
Pl 99.93 0,110.11 0,90
-0.90
- 10
-10
- 0,1-0,30.1-0.3 105105 96,496.4 22,022.0 33 Известная (наиболее близкий аналог)Known (closest analogue) тело проволокиwire body ПлПдРд-4,0-3,5Plpdrd-4.0-3.5 -- -- -- 0,7-0,710.7-0.71 150150 95,195.1 23,023.0 4four То жеAlso тело проволокиwire body Пл 99,93Pl 99.93 -- -- -- 15-2015-20 110110 94,594.5 29,929.9 55 То жеAlso тело проволокиwire body Пд 99,8PD 99.8 -- -- -- 20-2520-25 170170 90,190.1 24,524.5 66 ИзвестнаяFamous тело проволокиwire body Пл 99,93Pl 99.93 -- -- 1010 13-1513-15 110110 95,195.1 29,129.1 77 То жеAlso тело проволокиwire body Пд ДУFront remote control -- 0,900.90 1010 ∠0,1∠0.1 170170 90,090.0 23,523.5 88 То жеAlso тело проволокиwire body Пл 99 ДУPL 99 DU -- 0,850.85 1010 ∠0,1∠0.1 110110 93,893.8 34,534.5 Примечание: примеры 1, 2 - заявляемая проволока;
примеры 3, 4, 5 - проволока по наиболее близкому аналогу;
примеры 6, 7, 8 - проволока из материалов, соответствующих материалам частей заявляемой проволоки
Примеры 1, 2, 6, 7, 8 - проволока с волокнистой структурой
ДУ - дисперсноупрочненный материал,
S_серд, ρ_серд - площадь и плотность сердцевины,
S_т, ρ_т - площадь и плотность телаNote: examples 1, 2 - the claimed wire;
examples 3, 4, 5 - wire according to the closest analogue;
examples 6, 7, 8 - wire from materials corresponding to the materials of parts of the inventive wire
Examples 1, 2, 6, 7, 8 - wire with a fibrous structure
DU - dispersion hardened material,
S _heart , ρ _heart - the area and density of the core,
S _t , ρ _t - area and density of the body

Claims (6)

1. Проволока для каталитических процессов, тело которой выполнено из материала на основе платиноидов, отличающаяся тем, что она снабжена сердцевиной, размещенной в теле, выполненной из материала на основе платиноидов, дисперсноупрочненного внутренним окислением с содержанием оксидов 0,25÷1,50 об.%, при этом, сердцевина и тело имеют волокнистую структуру с диаметром волокна (5÷15)·10^-6 м, кроме того, в поперечном сечении проволоки отношение площадей сердцевины и тела составляет 0,11÷0,18 обратного отношения плотностей их материалов.1. A wire for catalytic processes, the body of which is made of a material based on platinoids, characterized in that it is provided with a core placed in a body made of a material based on platinoids, dispersively strengthened by internal oxidation with an oxide content of 0.25 ÷ 1.50 vol. %, at the same time, the core and body have a fibrous structure with a fiber diameter of (5 ÷ 15) · 10 ^-6 m, in addition, in the cross section of the wire, the ratio of the core and body areas is 0.11 ÷ 0.18 of the inverse density ratio of their materials . 2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что ее сердцевина выполнена неправильной формы.2. The wire according to claim 1, characterized in that its core is made of irregular shape. 3. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что ее сердцевина и тело выполнены из одноосновных материалов.3. The wire according to claim 1, characterized in that its core and body are made of monobasic materials. 4. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что ее сердцевина и тело выполнены из разноосновных материалов.4. The wire according to claim 1, characterized in that its core and body are made of dissimilar materials. 5. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала ее сердцевины выбраны, преимущественно: платина, палладий, сплавы на основе платины или сплавы на основе палладия.5. The wire according to claim 1, characterized in that as the material of its core are selected, mainly: platinum, palladium, alloys based on platinum or alloys based on palladium. 6. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала ее тела выбраны, преимущественно: платина, палладий, сплавы на основе платины или сплавы на основе палладия.

6. The wire according to claim 1, characterized in that as the material of her body are selected, mainly: platinum, palladium, alloys based on platinum or alloys based on palladium.