一种球形高活性铝钛机械合金粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球形高活性铝钛机械合金粉及其制备方法，按重量百分数取铝粉62～65％、钛粉26～28％、硬脂酸7～11％，与磨球加入到球磨机中，搅拌均匀；开动球磨机，使球磨机先正转1分钟之后反转1分钟、再正转1分钟之后反转1分钟，以此作为一次球磨循环，然后进行多次球磨循环；球磨完毕后将球磨罐卸下，通入空气15分钟，静置24小时后取料，得到球形高活性铝钛机械合金粉。本发明专利技术制备的铝钛合金粉的微观形貌为球形粒子，粒径很小，平均粒度d50低于8.05μm，最小平均粒度d50达到6.22μm；制备的铝钛合金粉活性非常高，热反应温度不超过845℃，最低热反应温度达到565℃；制备的铝钛合金粉装填密度非常高，不小于2.89g/cm3(92％理论密度)，最大装填密度可以达到3.03g/cm3(94％理论密度)。

【技术实现步骤摘要】
一种球形高活性铝钛机械合金粉及其制备方法
本专利技术涉及含能材料
，特别是一种球形高活性铝钛机械合金粉及其制备方法。
技术介绍
在含能材料中，铝粉是一种高热量添加剂。铝粉在燃烧过程中会放出大量热，从而大幅提高药剂体系的燃烧温度。然而，作为含能材料中的燃料，铝粉的一个突出的缺陷是其点火温度较高，达到2000℃以上。如此高的点火温度限制了它在一些特殊含能材料中的应用。例如，对于一些药剂，即要求它有足够的放热量，又要求它有低的点火温度，同时要求放热速率足够高。普通铝粉的应用可以满足放热量的要求，但不能满足低点火温度和高放热速率的要求。此时，需要对铝粉进行超细化处理才能满足要求。铝是一种金属，对其超细化最合适的方法是机械球磨法。然而，铝的延展性很高，在机械球磨的过程中只能实现铝粒子的片状化，导致比表面积反而降低，达不到降低铝粉粒度的目的。而且，片状化的铝粉不利于药剂的造粒和成型，会导致药剂的装填密度显著降低。有研究表明，在球磨过程中加入其它金属与铝形成合金粉，则可以提高铝的脆性，实现铝粉的细化。金属钛粉是含能材料中一种重要的成分，活性非常高。暴露在空气中的钛粉具有着火危险。钛粉燃烧时能够放出大量的热，与空气中的水分反应可以放出氢气，与氧化剂混合具有着火或爆炸的危险。很细的钛粉还原性极强，与热空气接触时会发生爆炸，能在CO2气体中燃烧，在1000℃以上时能在纯N2中燃烧。用硝酸处理钛及其合金粉时会发生爆炸。另外，沾油的钛片也可以自燃。军事上常用钛粉作燃烧弹的点火药。因此，若选择少量钛粉与铝粉进行球磨处理，则可以实现铝粉的粉碎。粒度的降低以及机械合金化的处理不但能大幅降低铝粉的点火温度，还能保证高放热量。在机械合金粉的制备过程中还涉及到控制产品微观形貌的问题。球形的微观形貌将有助于药剂的混合，并能达到最大装填密度。球形化程度越高，装填密度越高。另外，将铝合金粉粒度控制在10μm以下将使铝粉的热反应温度大幅降低，显著提高铝粉的反应活性。目前，普通机械法制备的合金粉都是无规则的粒状颗粒和片状物质，而且平均粒度通常大于20μm，粒度分布较宽；特别是原料铝粉的粒度通常很大，粒度分布也很宽，有时甚至出现多个粒度分布峰。这些将严重影响药剂的混合均匀性和装填密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种球形高活性铝钛机械合金粉及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：一种球形高活性铝钛机械合金粉，由以下质量百分数的原料经球磨处理制成：铝粉62～65％、钛粉26～28％、硬脂酸7～11％，所述球形高活性铝钛机械合金粉的平均粒度d50小于10μm。另外，本专利技术还提供了一种球形高活性铝钛机械合金粉的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取铝粉、钛粉和硬脂酸，并与磨球加入到球磨机中，其中磨球与物料的质量比为34～38:1，搅拌均匀，球磨机采用长沙中南大学粉末冶金研究院生产的YXQM-1L行星球磨机；步骤二、开动球磨机，使球磨机先正转1分钟之后反转1分钟、再正转1分钟之后反转1分钟，以此作为一次球磨循环，然后进行多次球磨循环；步骤三、球磨完毕后将球磨罐卸下，通入空气15分钟，静置24小时后取料，得到球形高活性铝钛机械合金粉。进一步的技术方案为，所述步骤一中的磨球为不锈钢珠，其尺寸为3mm和5mm，其中3mm不锈钢珠与5mm不锈钢珠的质量比为1:1。进一步的技术方案为，所述步骤二中每球磨2小时后停止球磨机冷却30分钟。进一步的技术方案为，所述步骤二中总球磨时间为40小时，其中不包括冷却时间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术制备的铝钛合金粉的粒径很小，平均粒度d50低于8.05μm，最小平均粒度d50达到6.22μm，能够提高药剂的混合均匀性和装填密度。2.本专利技术制备的铝钛合金粉的微观形貌为球形粒子。3.本专利技术制备的铝钛合金粉为非晶态，XRD图谱中完全没有金属铝和金属钛的衍射峰。4.本专利技术制备的铝钛合金粉活性非常高，热反应温度不超过845℃，最低热反应温度达到565℃；而原料铝粉的热反应温度＞995℃。5.本专利技术制备的铝钛合金粉装填密度非常高，不小于2.89g/cm3(92％理论密度)，最大装填密度可以达到3.03g/cm3(94％理论密度)；而原料铝粉的装填密度只有2.37g/cm3(88％理论密度)。附图说明图1为实施例2制备的铝钛机械合金粉的扫描电镜(SEM)照片。图2为实施例2制备的铝钛机械合金粉的粒度分布图。图3为实施例制备的铝钛机械合金粉的X射线衍射(XRD)图谱。图4为原料Al粉和实施例制备的铝钛机械合金粉的热分析(DSC)图谱。图5为比较例1中制备的铝钛机械合金粉的扫描电镜(SEM)照片。图6为比较例1中制备的铝钛机械合金粉的粒度分布图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述，在此专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1将7g铝粉、3g钛粉、0.8g硬脂酸、400g不锈钢珠放入球磨罐中，搅拌均匀。其中，不锈钢珠由200g直径3mm的不锈钢珠和200g直径5mm的不锈钢珠组成。设置球磨机运行程序为正转1分钟之后反转1分钟，再正转1分钟，再反转1分钟，如此循环。开动球磨机，每运行2小时停机冷却30分钟。球磨40小时(不包括冷却时间)后停机。球磨完毕后将球磨罐卸下，通入空气15分钟，静置24小时后取料，得到球形高活性铝钛机械合金粉，本实施例得到的球形高活性铝钛机械合金粉的平均粒度d50为8.05μm。取原料铝粉(平均粒度d50为50μm)和实施例1制得的铝钛机械合金粉分别测试其热反应温度，测试热反应温度(即得到DSC图谱)的具体步骤为：分别取2mg～5mg原料铝粉和实施例2制得的铝钛机械合金粉放入Al2O3微型坩埚中，再将微型坩埚轻轻放入热分析仪(日本岛津公司生产)的加热膛中，放好后将加热膛密封并开启进气阀向其中通入空气，空气流速控制为20mL/min；然后，在操作面板上设定升温速率为20℃/min，设定升温区间为100℃～1000℃；完成后，开动启动按钮，加热装置开始加热，仪器开始正常测试工作。在测试过程中，仪器与电脑相连，实时记录微型坩埚内的温度和热流量。当温度达到设定的最高温度(1000℃)后，仪器自动关闭加热装置，自动开启加热膛散热，测试得到的数据将自动保存在与之联机的电脑中。取出电脑中的数据，得到不同温度下的热流量，对温度T和热流量作图，得到如图4中的DSC图谱。取DSC谱图中放热峰的峰温为热反应的温度，图4的DSC图谱显示，实施例1中制备的铝钛机械合金粉的热反应放热峰温度在845℃；而原料铝粉在995℃时还没有出现放热峰，即其放热峰温度＞995℃。另外，原料铝粉在660℃时还出现了熔化吸热现象，而实施例1中制备的铝钛机械合金粉没有出现熔化吸热现象。这两点说明，铝钛机械合金粉的活性明显高于原料铝粉。实施例2将7g铝粉、3g钛粉、1.0g硬脂酸、400g不锈钢珠放入球磨罐中，搅拌均匀。其中，不锈钢珠由200g直径3mm的不锈钢珠和200g直径5mm的不锈钢珠组成。设置球磨机运行程序为正转1分钟之后反转1分钟，再正转1分钟，再反转1分钟，如此循环。开动球磨机，每运行2小时停机冷却30分钟。球磨40小时(不包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形高活性铝钛机械合金粉，其特征在于，由以下质量百分数的原料经球磨处理制成：铝粉62～65％、钛粉26～28％、硬脂酸7～11％，所述球形高活性铝钛机械合金粉的平均粒度d50小于10μm。

【技术特征摘要】
1.一种球形高活性铝钛机械合金粉，其特征在于，由以下质量百分数的原料经球磨处理制成：铝粉62～65％、钛粉26～28％、硬脂酸7～11％，所述球形高活性铝钛机械合金粉的平均粒度d50小于10μm。2.一种如权利要求1所述的球形高活性铝钛机械合金粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取铝粉、钛粉和硬脂酸，并与磨球加入到球磨机中，其中磨球与物料的质量比为34～38:1，搅拌均匀；步骤二、开动球磨机，使球磨机先正转1分钟之后反转1分钟、再正转1分钟之后反转1分钟，以此作为一次球磨循环，然后进行多次球磨循环；步骤三、球磨完毕后将球磨罐卸下，通入空气15分钟，静置2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，宋小兰，宋丹，刘双，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14