Материаловедческая экспертиза по установлению причины разрушения катализатора

105037, г. Москва, Измайловский проезд, д. 11, стр.2.
тел. +7 (495) 234-78-05; +7 (495) 764-27-21
www.avtotehexpert.ru, е-mail: avtotehexpert@mail.ru

ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ каталитического нейтрализатора автомобиля ...

На исследование поступил:
- образец пробы каталитического нейтрализатора выхлопных газов автомобиля;

Исследованием требуется установить:

Возможные причины выхода из строя каталитического нейтрализатора.

Исследование поручено специалисту ..., имеющему высшее химическое образование, являющийся кандидатом химических наук, имеющий квалификацию судебного эксперта по специальностям «Исследование НП и ГСМ», «Исследование изделий из резины, пластмасс и других полимерных материалов», стаж экспертной работы по указанным специальностям с 1996 года.

Используемая литература:

1. Постановление Правительства РФ от 11 апреля 2001 г. N 290 "Об утверждении Правил оказания услуг (выполнения работ) по техническому обслуживанию и ремонту автомототранспортных средств".
2. Положение о техническом обслуживании и ремонте автотранспортных средств, принадлежащих гражданам (легковые и грузовые автомобили, автобусы, мини-трактора) РД 37.009.026-92 (утв. Приказом Минпрома РФ от 01.11.1992 N 43).
3. ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки».
4. Автомобильный справочник Bosch. Первое издание. Перевод с англ. «За рулем», 2000, 896 с.
5. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство" Литвинов А. С; Фаробин Я. Е. - М,: Машиностроение,1989. - 240 с.
6. Техническая эксплуатация автомобилей. Учебник для вузов 4-е изд. перераб. и дополн. / Е.С. Кузнецов,А.П. Болдин, В.М. Власов и др. – М.: Наука, 2001. – 535 с.
7. Основы конструкции автомобиля. Учебник для вузов. /Иванов А.М., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др. – М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2007, - 336 с.: ил.
8. Автомобильные материалы. Справочник. Г.В. Мотовилин, М.А. Масино, О.М.Суворов-М.:Транспорт, 1989.
9 ГОСТ Р 51105-97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин.
10. ГОСТ Р 51866-2002 (EH 228-2004) Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия.
11. Технический регламент "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту" Постановление Правительства РФ №118.

ИССЛЕДОВАНИЕ

Образец пробы каталитического нейтрализатора выхлопных газов автомобиля представлен на исследование в опечатанном виде в полимерном пакете с пояснительными надписями (см. фото 1). В пакете находился образец пробы каталитического нейтрализатора выхлопных газов автомобиля (см. фото 2)..

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ

С целью определения качественного и количественного элементного состава керамического носителя автомобильного нейтрализатора выхлопных газов автомобиля проводили рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РСФА) пробы на рентгенофлуоресцентном микроанализаторе "Orbis PC" фирмы “EDAX” (США), оснащенном рентгеновской трубкой с Rh-анодом, поликапиллярной фокусирующей линзой, фильтрами рентгеновского излучения из Al, Ti, Nb и Rh, а также Si (Li)-детектором рентгеновского излучения, позволяющим определять все элементы, начиная с натрия по уран включительно.

Условия проведения анализа: диаметр рабочей зоны облучения – 30 мкм, напряжение на трубке – 30 кВ, ток – 150 мкА, время накопления спектра – 60 с, режим камеры – вакуум. Анализ проведен не менее, чем в 3 точках.

В результате качественного и количественного анализа пробы керамического носителя катализатора окисления вредных выбросов, сжигания топлив и других углеродсодержащих веществ установлено, что он представляет собой керамику на основе смешанных оксидов: алюминия, циркония и кремния (A12О3, ZrО2, SiО2 с массовым содержанием соответственно 43,8, 20,4 и 8,3%.), импрегнированный оксидом церия (Ce2О3, 0,48%).

Каталитический нейтрализатор изготавливают пропиткой оксидов алюминия, циркония и кремния водным раствором солей церия, палладия и т.п. Образующиеся оксиды или соли переводят в нуль-валентное состояние путём восстановления в токе водорода.

Катализатор также содержит дополнительно химический стабилизатор оксид иттрия (Y2O3). Другими известными стабилизаторами являются СеO2, СаО и MgO. (рис. 4, Таблица 1)

2. Исследование проб методом сканирующей электронной микроскопии

Исследование состава частиц катализатора (каталитической нейтрализации отработанных газов) проводили методом сканирующей электронной микроскопии на электронном сканирующем микроскопе Mira III Mira III производства фирмы Tescan Чехия, оснащенном системой рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) Aztek производства фирмы Oxford Nanoanalysis Великобритания.

Условия анализа: ускоряющее напряжение – 25 кВ, ток зонда – 600 пА, среда анализа – вакуум 30 Па.

Анализ проводился в автоматическом режиме. Электронные изображения (рис. 5, 7) получали в сигнале детектора отраженных электронов. Суммарный спектр приведен на рис.6.

В результате проведенного анализа на частицах участка 5 катализатора обнаружены элементы, представленные в таблице 2.

Таблица 2

Количество элементов, обнаруженных в составе частиц катализатора на участке 5.

В результате проведенного анализа на частицах участка 6 катализатора обнаружены элементы, представленные в таблице 3.

Таблица 3

Количество элементов, обнаруженных в составе частиц катализатора.

Анализ методом сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектральный флуоресцентный анализ показали, что в составе частиц катализатора содержатся соединения алюминия, циркония, палладия, цинка, кремния, иттрия, фосфора, серы и др.

Сравнением полученных электронных изображений №10 и №12 частиц катализатора на участках 5 и 6 установлено, что палладий содержащие частицы на участке 5 имеют форму конгломератов, а на участке 6 - сферическую форму (рис.5,7).

Такое изменение формы частиц, возможно, связано со спеканием частиц палладий содержащих компонентов катализатора в результате перегрева катализатора.

Синтезирующая часть

Отравление (дезактивация) катализаторов ионами металлов свойственно платиновым, палладиевым и другим катализаторам из благородных металлов. Было обнаружено, что каталитическая активность (эффективность) платиновых и палладиевых катализаторов понижается в присутствие ионов ртути, свинца, висмута, олова, кадмия, меди, железа и некоторых других: P(фосфор), As (мышьяк) S (сера), Se (селен), Te (теллур).

Из перечисленных элементов на поверхности картриджа каталитического нейтрализатора обнаружены фосфор, сера и цинк, которые в совокупности содержатся, например, в антиокислительных присадках на основе дитиофосфатов цинка, используемых в моторных и в некоторых трансмиссионных маслах, а сера кроме того, содержится в бензине в качестве нежелательной примеси. Сера, содержащаяся в бензине, при сгорании образует оксиды серы (SO2, SO3).

Выхлопные газы, содержащие оксиды серы, проникая на поверхность сот керамического блока нейтрализатора с нанесенным каталитическим составом, реагируют на поверхности нейтрализатора с оксидом алюминия с образованием сульфатов алюминия, что приводит к уменьшению активной площади нейтрализатора, и могут привести к потери эффективности работы каталитического нейтрализатора.

Сравнением полученных электронных изображений частиц катализатора на участках 5 и 6 установлено, что палладий содержащие частицы на участке 5 имеют форму конгломератов, а на участке 6 - сферическую форму (рис.5,7).

Такое изменение формы частиц, возможно, связано со спеканием частиц палладий содержащих компонентов катализатора в результате перегрева катализатора.

ВЫВОДЫ

Основной причиной выхода из строя и разрушения керамического элемента катализатора является его перегрев и спекание частиц палладий содержащих компонентов.

Специалист: ... .