引用本文
刘晓红, 刘欣. 氧化铒弥散强化氨氧化铂催化剂的制备及性能[J]. 工业催化, 2017,25(12): 52-54.
Liu Xiaohong, Liu Xin. The preparation and performance of erbium oxide dispersion strengthened catalyst for ammonia oxidation[J]. Industrial Catalysis, 2017,25(12): 52-54.  
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2017.12.010
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氧化铒弥散强化氨氧化铂催化剂的制备及性能
刘晓红, 刘欣*
中海油太原贵金属有限公司, 山西 太原 030006
通讯联系人:刘欣,男,工程师,研究方向为贵金属催化剂材料。

作者简介:刘晓红,女,工程师,研究方向为贵金属催化剂材料。

收稿日期: 2017-08-04
摘要

通过添加微量金属饵材料到铂网催化剂铂合金中,制成氧化饵弥散强化铂催化剂,与普通二元、三元铂合金丝材相比,常温抗拉强度和延伸率大大提高,抗蠕变性能优异。

关键词: 催化剂工程; 氨氧化; 铂催化剂; 弥散强化
中图分类号:TQ426.6;TQ111.2    文献标志码:A    文章编号:1008-1143(2017)12-0052-03
The preparation and performance of erbium oxide dispersion strengthened catalyst for ammonia oxidation
Liu Xiaohong, Liu Xin*
China National Offshore Oil Taiyuan Precious Metals Co.Ltd.,Taiyuan 030006,Shanxi,China
Abstract

Erbium oxide dispersion strengthened catalysts were made by adding metal erbium into platinum alloy net.Compared to ordinary binary and ternary platinum wire,intensity of tension at normal temperature and elongation rate of the new material are greatly improved,as well as excellent creep resistance.

Keyword: catalyst engineering ammonia oxidation; platinum catalyst; dispersion strengthening

氨氧化法制硝酸采用铂合金作为催化剂, 因其活性、稳定性和选择性等性能优异, 其他材料无法替代。目前铂催化剂广泛使用的是二元Pt-Rh5、Pt-Rh7、Pt-Rh8和Pt-Rh10以及三元Pt-Rh3.7Pd3.8类型合金材料[1], 高温氧化条件下使用, 铂铑极容易挥发而损失, 增加成本; 另外, 晶粒长大, 强度降低, 容易发生蠕变, 缩短使用寿命。

铂基体能被多种强化机制强化, 如固溶强化、形变强化和氧化物弥散物强化等[2, 3]。固溶强化即向铂合金中添加一定含量铑提高合金强度, 但是铑价格飞涨, 成本太高, 另一方面铑固溶强化有一定局限性, 铑含量过高, 加工性能变差, 高温下持久强度一般; 形变强化虽然能起到一定强化效果, 但给机加工带来困难, 未得到广泛应用; 目前, 国内外研究氧化物弥散强化方法提高铂基合金的方法得到关注, 弥散强化铂材料比未强化铂具有更高的高温强度、抗蠕变和抗腐蚀性能, 使高温部件具有更高的稳定性、可靠性和使用寿命[4]。在高温器皿、航空材料和电子触头领域取得一定进展, 尤其在玻璃工业领域取得较好效果。

本文通过添加微量金属饵材料到铂网催化剂铂合金中, 制成氧化饵弥散强化铂催化剂, 并考察其抗蠕变性能。

1 氧化饵弥散强化铂催化剂制备

用纯度99.95%的Pt、Rh、Pd和Er金属配料, 在真空度≤ 2.0 kPa条件下真空中频炉熔炼, 在氮气或氩气保护下浇铸, 得到含有金属饵的铂铑或铂铑钯合金锭。合金经热轧、冷轧和拉丝, 得到(0.06~0.09) mm直径的丝材。丝材在内氧化炉进行内氧化后织成成品铂网。用TGB021A-3型单纱强力机测定丝材常温抗拉强度和延伸率, 用自制设备测定抗蠕变性能。

2 内氧化

对拉丝后0.14 mm和0.076 mm丝材进行内氧化, 内氧化增重曲线见图1。由图1可见, 700 ℃内氧化, 增重缓慢, 216 h增重0.000 9 g; 750 ℃内氧化, 较快, 45 h增重0.001 4 g; 800 ℃内氧化, 120 h增重0.001 2 g, 因此, 750 ℃是最佳内氧化温度。

图1 700 ℃、750 ℃和800 ℃增重曲线Figure 1 The curve of weight gain at 700 ℃, 750 ℃ and 800 ℃

3 氧化饵弥散强化铂催化剂结构

图2为750 ℃内氧化的氧化饵弥散强化铂催化剂的SEM照片, 放大倍数75 000倍。

图2 氧化饵弥散强化铂催化剂的SEM照片Figure 2 SEM image of the erbium oxide dispersion strengthened Pt catalyst

从图2可以看出, 平均粒径7 nm的弥散粒子均匀弥散于基体内部。

4 常温抗强、延伸率和高温抗蠕变实验

对氧化饵弥散强化铂催化剂和普通二元、三元合金丝高温蠕变进行实验对比, 结果见表1。从表1可以看出, 氧化饵弥散强化铂催化剂的高温持久强度和高温蠕变寿命高于普通二元、三元合金丝。

表1 高温蠕变实验对比 Table 1 Record of high temperature creep test

表2为氧化饵弥散强化铂催化剂、普通二元Rh5、Rh7和三元合金丝的物理性能对比。常温下丝材抗拉强度为(343~565) MPa和延伸率为5%~30%为合格丝材。从表2可以看出, 氧化饵弥散强化铂催化剂常温下抗拉强度和延伸率高于普通二元和三元丝材, 抗蠕变性能优异。

表2 氧化饵弥散强化铂催化剂、普通二元Rh5、Rh7和三元合金丝的物理性能 Table 2 Physical mechanical properties of platinum catalyst
5 结 论

金属饵加入铂合金中, 真空熔炼, 经内氧化后, 形成氧化饵, 均匀弥散于材料内部, 抗拉强度和延伸率明显提高, 900 ℃和121 min内新材料抗蠕变性能优异。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 刘晓红, 刘欣, 李志. 氨氧化催化系统的优化设计[J]. 贵金属, 2014, 35(2): 6-9.
Liu Xiaohong, Liu Xin, Li Zhi. The optimum design of ammonia oxidation catalyst system[J]. Precious Metals, 2014, 35(2): 6-9. [本文引用:1]
[2] 张吉明, 耿永红, 陈松, 等. 弥散强化铂基复合材料的研
究与应用现状[J]. 贵金属, 2010, 31(1): 63-69. [本文引用:1]
3 Zhang Jiming, Geng Yonghong, Chen Song, et al. Current research and application status of dispersion-strengthened platinum-based composite materials[J]. Precious Metals, 2010, 31(1): 63-69. [本文引用:1]
[3] 王健, 卢峰, 李宏, 等. 弥散强化Pt-5Au-新型的坩埚器皿材料[J]. 稀有金属, 2005, 29(4): 455-457.
Wang Jian, Lu Feng, Li Hong, et al. Dispersedly strengthened Pt-5Au as a new type crucible materia[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2005, 29(4): 455-457. [本文引用:1]
[4] Kang Feifei, Geng Yonghong, Chen song. Investigation of internal oxidation on Pt-Ir-Zr high-temperature alloy[J]. Rare Metal Meterials and Engineering, 2011, 40(4): 585-589. [本文引用:1]