一种铝锌基多元合金球形粉末及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铝锌基多元合金球形粉末及其制备方法与应用，属于合金粉末技术领域。包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。组元金属锂和镁的熔、沸点较低，易挥发会形成蒸汽，蒸汽会阻碍氧化物的形成；且锂镁在气相中燃烧容易形成气相扩散火焰，加热速率快，形成氧化物机会少；因此镁锂添加到铝锌中可以增加铝锌燃料活性，降低点火温度并且改善燃烧性能。组元金属铋、锑和铅三者密度远远大于金属铝，并且由于其氧化物的特殊性能，可以通过提高铝颗粒的高体积冲量和能量密度，增加铝颗粒的燃烧效率。实施例表明：粉末燃烧热达27kJ/g，点火温度低至960℃，燃烧率达90％。

A Spherical Powder of Al-Zn-based Multi-component Alloy and Its Preparation Method and Application

The invention provides an aluminium zinc base multi-component alloy spherical powder and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of alloy powder. It includes aluminium, zinc and component metal elements, which include one or more of Li, Mg, Bi, Sb and PB. The melting point and boiling point of lithium and magnesium are low, and volatile easily to form vapor, which hinders the formation of oxides; furthermore, the combustion of lithium and magnesium in gas phase is easy to form vapor diffusion flame, heating rate is fast, and the chance of forming oxides is small; therefore, the addition of magnesium and lithium to aluminium and zinc can increase the activity of aluminium and zinc fuel, reduce ignition temperature and improve combustion performance. The density of bismuth, antimony and lead is much higher than that of aluminium. Because of the special properties of oxide, the combustion efficiency of aluminium particles can be increased by increasing the high volume impulse and energy density of aluminium particles. The embodiment shows that the heat of powder combustion reaches 27 kJ/g, the ignition temperature is as low as 960 C, and the combustion rate reaches 90%.

【技术实现步骤摘要】
一种铝锌基多元合金球形粉末及其制备方法与应用
本专利技术涉及合金粉末
，尤其涉及一种铝锌基多元合金球形粉末及其制备方法与应用。
技术介绍
铝粉作为金属燃料，具有相对高的体积燃烧焓以及较高的能量密度，可以广泛应用于推进剂、炸药和烟火药等领域。铝的熔点为660℃，沸点为2327℃，同时铝的气化热为291.4kJ/mol，很多燃烧条件并不能达到铝沸点温度，因此，液态的铝并不易被气化。铝粒子与含能材料燃烧产物中的水、二氧化碳、氧气等进行气相反应，该气相反应速率取决于铝粒子的气化速率。由于铝粒子的气化是表面气化，所以，铝粉的燃烧速率主要取决于铝粒子的尺寸。要提高燃烧速率，必须降低铝粒子的尺寸。而纳米尺寸的粒子活性低、易自发团聚成大颗粒，且与含能材料复合的工艺性差，难以实现提高含能材料能量释放速率的作用。随着科技的发展，人们发现在铝粉中添加锌能够解决纳米铝燃烧不完全、燃烧率低以及点火温度高等缺点，改善铝粉的性能。但是，该铝锌合金燃料的燃烧热为23～26kJ/g，点火温度仍为1050～1300℃，燃烧率为60～70％，相比单纯铝粉的燃烧性能，提高幅度有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铝锌基多元合金球形粉末及其制备方法与应用，本专利技术提供的铝锌基多元合金球形粉末相比一般合金燃料具有较高的燃烧热和燃烧率及较低的点火温度，同时在一般的贮存和工艺条件下不易被氧化。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种铝锌基多元合金球形粉末，包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。优选地，所述铝锌基多元合金球形粉末中铝的质量分数为90～55％，锌的质量分数为5～40％。优选地，所述铝锌基多元合金球形粉末中Li、Mg、Bi、Sb和Pb的质量分数独立地为2～5％。优选地，所述铝锌基多元合金球形粉末的粒度为0.5～200μm。优选地，所述铝锌基多元合金球形粉末的密度值为2.57～3.89g/cm3，圆度值≥0.88。本专利技术还提供了上述技术方案所述铝锌基多元合金球形粉末的制备方法，包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，依次将铝锭、锌锭和组元金属熔融混合，得到熔炼液；(2)在惰性气氛下，将所述步骤(1)得到的熔炼液经雾化和快速冷凝，得到所述铝锌基多元合金球形粉体。优选地，所述熔融混合的温度为680～730℃。优选地，所述雾化所用雾化器的频率为55～65Hz。优选地，所述惰性气氛包括纯度为99.99％以上的氩气或氦气。本专利技术还提供了上述技术方案所述铝锌基多元合金球形粉末或所述制备方法得到的铝锌基多元合金球形粉末在推进剂、炸药和烟火药领域中的应用。本专利技术提供了一种铝锌基多元合金球形粉末，包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。组元金属锂镁的熔、沸点较低，易挥发会形成蒸汽，蒸汽会阻碍氧化物的形成；且锂镁在气相中燃烧容易形成气相扩散火焰，加热速率快，形成氧化物机会少；因此将锂镁添加到铝锌中可以增加铝锌合金燃料活性，降低点火温度并且改善燃烧性能。组元金属铋熔点为271℃，密度达到9.78g/cm3，金属锑熔点为630℃，密度为6.70g/cm3，金属铅熔点为327.5℃，密度11.34g/cm3；三者密度远远大于金属铝，并且由于其氧化物的特殊性能，可以通过提高铝颗粒的高体积冲量和能量密度，增加铝颗粒的燃烧效率。实施例的数据表明：本专利技术提供的铝锌基多元合金球形粉末的燃烧热为25.30～27kJ/g，高于对比例的24.78kJ/g；点火温度为960～1060℃，低于对比例的1200℃；燃烧率为71～90％，高于对比例的65％。附图说明图1为实施例1所得铝锌基多元合金球形粉末的扫描电子显微镜图；图2为实施例1所得铝锌基多元合金球形粉末的粒度分布图。具体实施方式本专利技术提供了一种铝锌基多元合金球形粉末，包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。本专利技术提供的铝锌基多元合金球形粉末中优选包括质量分数为90～55％的铝，进一步优选为85～60％，更优选为80～65％。本专利技术将铝作为燃烧合金的基体元素。以铝的质量分数为基准，本专利技术提供的铝锌基多元合金球形粉末中优选包括质量分数为5～40％的锌，进一步优选为10～35％，更优选为15～30％。以铝的质量分数为基准，所述Li、Mg、Bi、Sb和Pb的质量分数独立地优选为2～5％，进一步优选为3～4％。在本专利技术中，所述组元金属元素优选包括以铝的质量分数为基准，镁3％、铅3％和铋2％组合。在本专利技术中，所述铝锌基多元合金球形粉末的粒度优选为0.5～200μm，进一步优选为10～80μm，更优选为50～150μm。本专利技术将铝锌基多元合金球形粉末的粒度控制为0.5～200μm，较小的粒径使球形粉末具有较大的比表面积，与环境接触越充分，粒度越小，比表面积越大，与环境接触越充分，燃烧速率和燃烧效率越快，燃烧热越大。在本专利技术中，所述铝锌基多元合金球形粉末的密度值优选为2.57～3.89g/cm3，进一步优选为2.7～3.7g/cm3，更优选为3.0～3.5g/cm3。在本专利技术中，所述铝锌基多元合金球形粉末的圆度值优选≥0.88，进一步优选为≥0.95。本专利技术以铝锌为基，且铝和锌的含量在较大范围内可调；再另外添加组元金属元素锂、镁、铋、锑和铅中的一种或多种；由于锂镁的熔、沸点较低，易挥发会形成蒸汽，蒸汽会阻碍氧化物的形成；且锂镁在气相中燃烧容易形成气相扩散火焰，加热速率快，形成氧化物机会少；因此将锂镁添加到铝锌中可以增加铝锌合金燃料的活性，降低点火温度并且改善燃烧性能。组元金属铋熔点为271℃，密度达到9.78g/cm3，金属锑熔点为630℃，密度为6.70g/cm3，金属铅熔点为327.5℃，密度11.34g/cm3；三者密度远远大于金属铝，并且由于其氧化物的特殊性能，可以通过提高铝颗粒的高体积冲量和能量密度，提高铝颗粒的燃烧效率。本专利技术还提供了上述技术方案所述铝锌基多元合金球形粉末的制备方法，包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，依次将铝锭、锌锭和组元金属元素熔融混合，得到熔炼液；(2)在惰性气氛下，将所述步骤(1)得到的熔炼液经雾化和快速冷凝，得到所述铝锌基多元合金球形粉体。本专利技术在惰性气氛下，依次将铝锭、锌锭和组元金属熔融混合，得到熔炼液。在本专利技术中，所述铝锌基多元合金球形粉末中铝以铝锭的形式加入；锌以锌锭的形式加入；组元金属元素优选以相应的金属元素单质锭块形式加入。在本专利技术中，所述铝锭、锌锭和组元金属元素单质锭块在使用前优选进行表面除杂；所述表面除杂的方式优选包括采用高温惰性气体对铝锭、锌锭和组元金属元素单质锭块进行吹扫，除去表面吸附的含氧化性气氛的气体。在本专利技术中，当组元金属元素为多种时，在熔融混合时优选按照组元金属元素单质锭块的沸点从高到低的顺序添加；防止升温后金属气化现象。在本专利技术中，所述惰性气氛优选包括纯度为99.99％以上的氩气或氦气。在本专利技术中，所述熔融混合的温度优选为680～730℃。本专利技术对所述熔融混合的时间没有特殊的限定，能够使原料充分熔融混合均匀即可。本专利技术对进行所述熔融混合的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的熔融装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，包括铝、锌和组元金属元素，所述组元金属元素包括Li、Mg、Bi、Sb和Pb中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，所述铝锌基多元合金球形粉末中铝的质量分数为90～55％，锌的质量分数为5～40％。3.根据权利要求1或2所述的铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，所述铝锌基多元合金球形粉末中Li、Mg、Bi、Sb和Pb的质量分数独立地为2～5％。4.根据权利要求1所述的铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，所述铝锌基多元合金球形粉末的粒度为0.5～200μm。5.根据权利要求1所述的铝锌基多元合金球形粉末，其特征在于，所述铝锌基多元合金球形粉末的密度值为2.57～3.89g/cm3，圆度值≥0...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦清介，张碧，闫石，郭学永，杜风贞，刘大志，
申请(专利权)人：北京理工大学，唐山威豪镁粉有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11