SE463513B - Komposition foer beredning av en vaermeisolerande keramisk belaeggning paa en metall, foerfarande foer dess framstaellning, anvaendning av densamma samt avgasroer foersett med en belaeggning av en saadan komposition - Google Patents

Description

463 515 10 15 20 25 30 35 2 väggar och ugnsdelar, men ingen antydan göres beträffande bildelar eller avgasrör.

Uppfinningen Man har nu utvecklat en värmeisolerande komposition för beläggning på metall, vilken uppvisar utmärkta egenska- per beträffande vidhäftning, isoleringsförmåga, temperatur- resistens, korrosionsresistens samt resistens mot tempera- turchock. Denna komposition innehåller keramiska fibrer, ett oorganiskt fyllmedel, ett bindemedel, bestående av kiseldioxid, samt ihåliga mikrokroppar i vissa bestämda mängdförhållanden samt dessutom kaliumsilikat och even- tuellt ett ytaktivt medel. Kompositionen innehåller dess- utom vatten såsom bärarmaterial.

Uppfinningen avser sålunda en komposition med föl- jande sammansättning: 10 - 50 vikt% kaliumsilikat 10 - 50 viktt kiseldioxid - 40 vikt% oorganiskt fyllmedel - 25 vikt% keramiska fibrer - 40 vikt* vatten - 20 viktt ihåliga mikrokroppar - 5 vikt% ytaktivt medel En för de flesta tillämpningar lämplig komposition kan ha en sammansättning enligt följande: 20 - 35 vikt% kaliumsilikat 20 - 35 vikt* oorganiskt bindemedel 10 - 25 vikt% oorganiskt fyllmedel 4 - 15 vikt% keramiska fibrer 8 - 25 vikt% vatten 0 - 8 vikt% ihåliga mikrokroppar 0 - 5 viktt ytaktivt medel Införande av kaliumsilikat i kompositionen för uppnående av sammanbindande och sammansintrande egenskaper innebär härvid en väsentlig förbättring av temperaturresis- tensen, då kaliumsilikat tål högre temperaturer än i liknande sammanhang tidigare använda natriumsilikater.

Denna komponent är dessutom väsentligt billigare än i liknande sammanhang tidigare använda litium-aluminium- ONNl-'UI 10 15 20 25 30 35 a 465 515 silikater. Det föredragna silikatet är kaliumvattenglas, varvid ett lämpligt molförhållande K20:Si02 är ca 3,3. Ett högre molförhållande medför högre viskositet hos uppslam- ningen. i Bindemedlet fungerar såsom sammanhållande medel och förtjockningsmedel för den uppslammade kompositionen samt även som sintringsmedel. Den föredragna formen är härvid finfördelad kiseldioxid, företrädesvis i kolloidal form.

Kolloidal kiseldioxid är en produkt innehållande ca 50 vikt% Si02 och 50 vikt% vatten.

Det oorganiska fyllmedlet förbättrar skiktets isole- rande förmåga samt påverkar uppslamningens egenskaper beträffande viskositet, dispergerbarhet och homogenitet.

Lämpliga oorganiska fyllmedel kan exempelvis eller zirkoniumoxid.

De keramiska fibrerna utgöres vanligen av ett minera- liskt material. Härvid användes vanligen fibrer med ett högt längd-bredd-förhållande. Fibrerna utgöres företrä- des ps av ett Al2O3-S102-material, som tål temperaturer mellan 900°C-l600°C; Fibrerna smältpunkt varierar härvid med förhållandet mellan Al2O3 och Si02.

Uppgiften om kompositionens vatteninnehåll avser t- :att mängd för erhållande av en lämplig uppslamning.

Härvid bör noteras att kaliumsilikatet innehåller bundet vatten och att kiseldioxiden, särskilt den kolloidala kiseldioxiden, innehåller produktvatten.

Ihåliga mikrokroppar kan införlivas för at* förbättra uppslamningens konsistens samt för att förenkla rknings- processen genom att göra systemet mera poröst för vattenav- givning samt vidare för att ge en lång värmeledningsförmåga hos det färdiga skiktet. Mikrokropparna utgöres av ihåliga fyllkroppar av vanligen sfärisk form.

Vid beläggning av vissa metallsorter kan en liten mängd av ett ytaktivt medel införlivas i kompositionen för erhållande av bättre reologiska egenskaper beträffande uppslamningens rinningsförmåga på underlaget vid anbringan- det på detta.

Föreliggande komposition är framför vara talk allt avsedd att 465 513 10 15 20 25 30 35 4 anbringas på insidan av ett avgasrör. På bilar som i dag använder avgaskatalysatorer värmeisoleras avgasröret mellan motorn och katalysatorn för att snabbare uppnå katalysa- torns tändtemperatur. Härvid har isolering vanligen an- bringats på avgasrörets utsida, då framför allt den kor- roderande atmosfären inuti röret samt förekomsten av stora temperaturväxlingar förorsakar problem. Med ett isolerande skikt anbringat på rörets insida uppnås emellertid en snabbare höjning av avgastemperaturen, ca 10-20%, genom att själva avgasröret inte upphettas utan värmen föres direkt till katalysatorn, varvid dock problem att uppnå de erfor- derliga egenskaperna för detta invändiga skikt uppstår.

Den mest näraliggande kända kompositionen enligt US-A 4 248 752, för vilken dock ingen användning beträffande avgasrör med dess speciella problem avgivits, har testats i vissa jämförande försök med föreliggande patentsökta komposition. Härvid har man funnit att den kända kompositi- onen har högre korrosionsbenägenhet än föreliggande kom- position. Detta beror framför allt på att den förstnämnda uppvisar ett högre pH-värde, nämligen pH=l1, medan den senare har ett pH-värde=9. Vidare är den färdiga belägg- ningen enligt den kända kompositionen tämligen mjuk, förmodligen beroende på närvaron av vidhäftningsmedel, medan beläggningen enligt föreliggande komposition är hård.

En föredragen utföringsform av uppfinningen avser en komposition med följande sammansättning: 25 - 30 vikt% kaliumvattenglas 25 - 30 vikt% kolloidal kiseldioxid 15 - 20 vikt* oorganiskt fyllmedel 5 - 10 Vikt% Al2O3-S102-fibrer 2 - 5 vikt% mikrosfärer 10 - 20 vikt* vatten.

Kompositionen enligt följande sätt: uppfinningen framställes på 1) kaliumsilikat blandas med keramiska fibrer, 2) kiseldioxiden tillsättes under kontinuerlig omrörning, 3) det oorganiska fyllmedlet och vatten tillsättes och omrörningen fortsättes tills en homogen blandning erhålles, 4) mikrokroppar tillsättes under 10 15 20 25 30 35 5 46:: 512, försiktig omröring.

Vid användning av kompositionen enligt uppfinningen såsom värmeisolerande beläggning på avgasrör från förbrän- ningsmotorer anbringas kompositionen i viskös vatten- uppslammad form genom sk "pouring through"-metod, dvs uppslamningen hälles igenom röret för beläggning, torkas vid 50-l50°C under 0,5-3 tim samt vid 150-300°C under 0,5-2 tim samt eventuellt ytterligare någon eller några tork- ningscykler, varefter detta förfarande upprepas 2-5 gånger, företrädesvis 3 gånger. Varje delskikt kan uppnå en tjock- lek av ca 0,5 mm, och en total skikttjocklek av 1-1,5 mm föredrages.

I vissa sammanhang med extrema temperaturförhållanden användes rör med avgaskanaler (exhaust port liner), varvid en keramisk komposition enligt uppfinningen kan beläggas (casting in) i rörets mellanrum till sandwichkonstruktion. Härvid användes genom ingjutning erhållande av en sk en neddoppningsmetod för anbringandet skiktet, vilket torkas på ovan angivet sätt innan ett eventuellt ytterligare skikt anbringas. För en sådan ingjuten beläggning är en mycket hög temperaturbeständighet av större betydelse än de mekaniska hållfasthetsegenska- perna.

Exempel 1 En uppslamning av en keramisk komposition enligt uppfinningen framställdes med följande sammansättning: av det önskade Komponenter Innehåll (g) §mp Kaliumvattenglas 26,3 silikasol so/ao (1) za , a 171o°'c Talk 18,5 > l400°C Keramisk fiber (2) 7,9 1760°C Ihåliga kulor 2,6 > 600°C Vatten 18,4 100,0 (1) kolloidal kiseldioxid, koncentration/ytarea (konc.=50% SiO2 i H20; ytarea=80m2/g). (2) keramisk fiber med en värmeledningsförmåga mindre än 1,0 W/°K'm. 465 513 10 15 20 25 30 35 6 Denna uppslamning innehöll 55% framställdes på följande sätt: _ Kaliumvattenglas blandades med fiber tills denna blivit våt. Silikasol 50/80 tillsattes under kontinuerlig omrörning. Talk och vatten tillsattes och omrörningen fortsatte tills en homogen blandning erhölls. Ihåliga kulor tillsattes under försiktig omrörning.

Denna komposition är utformad för beläggning av insidan av ett bilavgasrör. Den maximala arbetstemperaturen förutsättes härvid uppgå till 800°C. Själva beläggningen kan tåla omkring 1000°C.

Den framställda kompositionen anbringades på den inre ytan av ett teströr medelst den sk “pouring through"- metoden. Endast ett skikt anbringades, vilket torkades på följande sätt: 70-100-l50°C under 2 tim och därefter 200- 300°C under 1 tim. Tjockleken av det erhållna skiktet var över 0,5 mm. I Skiktet av den framställda kompositionen hade föl- jande mekaniska egenskaper: torrsubstans och Vibrationstest 10x105 cykler vid 25 Hz Krossningsstyrka (crush strength) 50-100 kg/cmz Hårdhet 1-3 mm intryckning av 5 mm kula pressad med 120 kg belastning 0 Av ovan angivna testresultat framgår att skiktet av den framställda kompositionen är mycket resistent emot mekaniska påfrestningar.

Exempel 2 En uppslamning av en keramisk komposition enligt uppfinningen framställdes med följande sammansättning: Komponenter Innehåll (g) gmp Kaliumvattenglas 27,8 Silikasol 50/80 27,8 l7l0°C Talk 16,7 > l400°C Keramisk fiber 11,1 1760°C Metasfärer 100 (3) 5,61 l350°C Vatten _;;¿Q 100,0 10 150 20 25 30 7 463 513 (3) ihåliga kroppar av särskilt högsmältande glas, där 100 är ett mått på partikelstorleksfördelningen (u).

Denna uppslamning innehöll omkring 58% torrsubstans samt 52% vid utspädning med ytterligare 10 g vatten.

Uppslamningen framställdes på analogt sätt som i exempel 1.

Den framställda kompositionen är utformad för till- lämpningar, som ska tåla temperaturer av minst l400°C (temperaturen för smält järn), i synnerhet för tillämpning- ingjutning (Casting in), men även för andra Smältpunkterna för samtliga ar beträffande högtemperaturkrävande ändamål. ingående komponenter är här mycket höga.

Den framställda kompositionen anbringades på ett rör med avgaskanaler (exhaust port liner) på följande sätt.

Röret doppades i uppslamningen, fördes till en torkningsan- ordning och torkades på följande sätt: 50-70-l00°C/45 min, 100-120-l40°C/45 min 150-l70°C/30 min, 200°C/10 min. Efter kylning till rumstemperatur anbringades ett andra skikt på samma sätt och torkades enligt följande: 50-70-100-120- l50°C/2 tim, 150-200-250-300°C/2 tim. Den erhållna belägg- ningens tjocklek var omkring 1-1,5 mm.

I detta fall har någon test beträffande mekanisk hållfasthet inte genomförts, då ett ingjutet material i en sandwichkonstruktion är mera sïyddat för mekanisk påverkan.

I detta fall är den extremt goda temperaturbeständigheten av mycket stor betydelse.

Den keramiska kompositionen enligt uppfinningen har sålunda visats kunna ge en beläggning på metall, som har mycket goda mekaniska hållfasthetsegenskaper samt en mycket god temperaturbeständighet.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 13 8 Patentkrav

1. Komposition för beredning av en värmeisolerande keramisk beläggning på en metall, k ä n n e t e c k n a d därav, att kompositionen har följande sammansättning: 10 - 50 vikt% kaliumsilikat 10 - 50 vikt% kiseldioxid - 40 vikt% oorganiskt fyllmedel - 25 vikt% keramiska fibrer 40 vikt% vatten - 20 vikt% ihåliga mikrokroppar - 5 vikt% ytaktivt medel.

2. Komposition enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a d därav, att kaliumsilikatet utgöres tenglas.

3. Komposition enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a d därav, att de keramiska fibrerna utgöres av ett Al2O3-S102-material.

4. Komposition enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a d därav, att det oorganiska fyllmedlet utgöres av talk eller zirkoniumoxid.

5. Komposition enligt kraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d därav, att den har följande sammansättning: 20 - 35 vikt% kaliumvattenglas 20 - 35 vikt% kolloidal kiseldioxid 10 - 25 vikt% oorganiskt fyllmedel - 15 Vikt% Al2Û3-S102-fibrer - 25 vikt% vatten - 8 vikt% ihåliga mikrokroppar - 5 vikt% ytaktivt medel

6. Förfarande för framställning av en komposition för beredning ONNI-'Ul I av kaliumvat- ONGIIIß av en värmeisolerande beläggning på en metall, vilken komposition har följande sammansättning: 10 - 50 vikt% kaliumsilikat 10 - 50 vikt% kiseldioxid - 40 vikt% oorganiskt fyllmedel - 25 vikt% keramiska fibrer - 40 vikt% vatten - 20 vikt% ihåliga mikrokroppar NNl-'Lfl 10 15 20 25 30 35 9 463 513 0 - 5 vikt% ytaktivt medel k ä n n e t e c k n a t därav, att: 1) kaliumsilikat blandas med keramiska fibrer 2) kiseldioxid tillsättes under kontinuerlig omrörning, 3) oorganiskt fyllmedel och vatten tillsättes och omrör- ningen fortsättes tills en homogen blandning erhålles, 4) mikrokroppar tillsättes under försiktig omrörning.

7. Användning av en komposition med följande samman- sättning: 10 - 50 vikt% kaliumsilikat 10 - 50 vikt% kiseldioxid - 40 vikt% oorganiskt fyllmedel - 25 vikt% keramiska fibrer - 40 vikt* vatten - 20 vikt% ihåliga mikrokroppar 0 - 5 vikt% ytaktivt medel för anbringande av en värmeisolerande beläggning på en metall. 5

8. Användning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k- n a d därav, att den värmeisolerande beläggningen anbring- NNI-*Lfl as vid ett avgasrör genom att kompositionen i viskös vattenuppslammad form hälles neddoppas i uppslamningen, varefter det torkas vid 50-200°C under 0,25-3 tim samt vid 100-300°C under 0,5-2 tim samt eventuellt ytterligare någon eller några torkningscykler, genom röret eller att röret varefter beläggningsförfarandet eventuellt upprepas 1-5 gånger tills önskad skikttjocklek erhålles.

9. Avgasrör från förbränningsmotor, k ä n n e- t e c k n a t därav, att det är försett med en beläggning bestående av ett eller flera skikt av en komposition med följande sammansättning:

10 - 50 vikt% kaliumsilikat 10 - 50 vikt% kiseldioxid - 40 vikt% oorganiskt fyllmedel - 25 vikt% keramiska fibrer 40 vikt% vatten - 20 vikt% ihåliga mikrokroppar NNl-'U1 I 465 513 1° 0 - 5 viktâs ytaktivt medel.