Bộ chuyển đổi xúc tác là những bộ phận thiết yếu trong các phương tiện giao thông hiện đại, được thiết kế để giảm thiểu khí thải độc hại bằng cách chuyển đổi khí độc thành các chất ít độc hại hơn. Nhưng những thiết bị quan trọng này thực sự được sản xuất như thế nào? Quy trình này bao gồm nhiều bước chính xác — từ chuẩn bị nền đến phủ lớp sơn phủ, tẩm kim loại xúc tác, và cuối cùng là đóng hộp thiết bị vào vỏ thép. Mỗi giai đoạn đều rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất, độ bền và tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải toàn cầu.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích từng bước của quy trình sản xuất.
Bước 1: Chuẩn bị chất nền
Ở cốt lõi của mọi bộ chuyển đổi xúc tác là lớp nền, thường được làm từ vật liệu gốm (cordierite) hoặc kim loại (lá thép không gỉ). Lớp nền có hình dạng như tổ ong, với hàng trăm rãnh nhỏ giúp tối đa hóa diện tích bề mặt đồng thời cho phép khí thải đi qua với ít hạn chế nhất.
Những điểm chính:
- Chất nền gốm có trọng lượng nhẹ, chịu nhiệt và tiết kiệm chi phí.
- Chất nền kim loại có độ bền cao hơn, thời gian tắt đèn nhanh hơn và có khả năng chịu sốc nhiệt tốt hơn.
- Cấu trúc tổ ong được thiết kế cẩn thận để cân bằng sức mạnh, lưu lượng và hiệu quả xúc tác.
| Diện mạo | Details |
| Vật liệu | Cordierite (gốm), Fecralloy (kim loại) |
| Hình dạng | Tổ ong, hình trụ |
| Chức năng | Cung cấp diện tích bề mặt lớn cho lớp phủ xúc tác và dòng khí |
| Của cải | Độ ổn định nhiệt cao, giảm áp suất thấp, trọng lượng nhẹ |
Bước 2: Ứng dụng lớp phủ
Bản thân chất nền thô không thể xúc tác hiệu quả các phản ứng. Đó chính là lúc lớp phủ phát huy tác dụng.
- Lớp phủ thường được làm bằng nhôm (Al₂O₃) trộn với các oxit khác như ceria (CeO₂) và zirconia (ZrO₂).
- Chức năng của nó là tăng diện tích bề mặt đáng kể — cung cấp nhiều không gian hơn cho các phản ứng xúc tác.
- Lớp phủ được áp dụng dưới dạng bùn, sau đó được sấy khô và nung (nung ở nhiệt độ cao) để tạo thành bề mặt xốp, thô ráp bên trong các rãnh tổ ong.
Giai đoạn này rất quan trọng: lớp phủ được áp dụng tốt sẽ đảm bảo độ bám dính tốt hơn và tải lượng chất xúc tác cao hơn.
| Bước chân | Sự miêu tả |
| Vật liệu | Nhôm oxit (Al₂O₃), titan dioxit (TiO₂), silic dioxit (SiO₂) |
| Application | Bùn phủ được áp dụng bằng cách nhúng hoặc phun |
| Mục đích | Tăng diện tích bề mặt và cung cấp độ bám dính cho chất xúc tác |
| Sấy khô | Đun nóng trong lò để loại bỏ độ ẩm và làm đông cứng lớp phủ |
Bước 3: Ngâm tẩm kim loại quý
Sau khi phủ lớp phủ, chất nền được tẩm các vật liệu xúc tác hoạt tính - thường là bạch kim (Pt), palađi (Pd) và rhodi (Rh).
- Bạch kim (Pt): Có hiệu quả trong việc oxy hóa cacbon monoxit (CO) và hydrocacbon (HC).
- Paladi (Pd): Chủ yếu được sử dụng để oxy hóa hydrocarbon và CO.
- Rhodium (Rh): Tốt nhất để khử oxit nitơ (NOx).
Kim loại quý được phân tán trong dung dịch lỏng và được phủ lên bề mặt nền đã được tráng rửa. Sau khi ngâm tẩm, bề mặt nền được nung ở nhiệt độ cao một lần nữa, giúp cố định kim loại chắc chắn tại chỗ.
Bước này tốn kém nhất vì kim loại hiếm và đắt tiền. Việc kiểm soát chính xác đảm bảo phân phối đồng đều và tối đa hóa hoạt tính xúc tác với lượng chất thải tối thiểu.
| Diện mạo | Details |
| Kim loại được sử dụng | Bạch kim (Pt), Paladi (Pd), Rhodium (Rh) |
| Phương pháp | Ngâm trong dung dịch kim loại, sau đó sấy khô |
| Mục đích | Chất xúc tác chuyển đổi CO, HC, NOx thành các loại khí ít độc hại hơn |
| Kiểm soát chất lượng | Tải trọng kim loại được đo để đảm bảo tính đồng nhất |
Bước 4: Đóng hộp (Lắp ráp bộ chuyển đổi)
Sau khi chất nền được chuẩn bị hoàn toàn bằng lớp phủ và chất xúc tác, nó cần được đặt bên trong lớp vỏ bảo vệ - một quá trình gọi là đóng hộp.
Quá trình đóng hộp bao gồm việc đặt chất nền bên trong lớp vỏ thép không gỉ. Một tấm thảm hoặc lớp cách nhiệt (làm từ vật liệu trương nở) được quấn quanh chất nền để đệm, hấp thụ rung động và cung cấp khả năng cách nhiệt. Sau đó, lớp vỏ được hàn hoặc khóa cơ học để tạo thành một khối kín. Các nón đầu vào và đầu ra được thêm vào, cho phép bộ chuyển đổi được kết nối với hệ thống xả của xe.
Đóng hộp đảm bảo độ bền trong điều kiện nhiệt độ, độ rung và áp suất khí thải cực cao.
| Bước chân | Sự miêu tả |
| Vật liệu vỏ | Thép không gỉ |
| Thành phần | Vỏ ngoài, lớp lót bên trong (để bảo vệ nhiệt và chống rung) |
| Quá trình | Chèn chất nền vào vỏ, bịt kín các cạnh, gắn mặt bích |
| Mục đích | Bảo vệ chất nền và cho phép lắp vào hệ thống xả |
Kiểm soát chất lượng và thử nghiệm
Trước khi rời khỏi nhà máy, bộ chuyển đổi xúc tác phải trải qua quá trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt:
- Kiểm tra lưu lượng để đảm bảo khí thải đi qua một cách trơn tru.
- Thử nghiệm sốc nhiệt để kiểm tra khả năng chống lại sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.
- Kiểm tra khí thải để xác minh hiệu quả xúc tác.
Chỉ những bộ chuyển đổi đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt mới được chấp thuận sử dụng trên xe.
Phần kết luận
Việc sản xuất bộ chuyển đổi xúc tác là một quy trình cực kỳ chính xác, kết hợp khoa học vật liệu tiên tiến với kỹ thuật chế tạo tỉ mỉ. Bắt đầu với nền gốm hoặc kim loại, các nhà sản xuất phủ một lớp sơn phủ để tăng diện tích bề mặt, tẩm bạch kim, paladi và rhodium để tăng hoạt tính xúc tác, và cuối cùng bọc trong lớp vỏ thép không gỉ bền bỉ thông qua quá trình đóng hộp.
Mỗi bước - chất nền, lớp phủ, tẩm và đóng hộp - đều cần thiết để đảm bảo rằng bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động đáng tin cậy, giảm khí thải hiệu quả và chịu được điều kiện khắc nghiệt bên trong hệ thống xả của xe.
