一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，按比例称量铝粉、镍粉和添加剂，然后将称取的铝粉、镍粉和添加剂充分混合均匀，并得到混合料，将混合料置入模具并通过热压成型工艺进行热压复合，经冶金反应制备出具有一定形状的块体坯料；通过搅拌摩擦加工工艺对铝镍复合坯料进行塑性加工，最终得到铝镍含能材料。本发明专利技术适合制造尺寸较大铝镍含能材料结构件，制备过程无需真空烧结，制造周期较短，生产成本较低。本发明专利技术制备的铝镍含能材料的结构强度和反应释能密度均较高，满足兵器装备对于高效毁伤的需求，具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法。

技术介绍

[0002]含能材料是一种在力、热、电、激光等外界激励条件下可迅速发生化学反应并释放大量能量的亚稳态物质。具有一定结构强度的含能材料可用于武器装备的战斗部破片、药型罩等毁伤元，具有侵彻、纵火、引爆等耦合毁伤效果。对于铝镍含能材料，由于其不仅具有一定的反应释能特性，制备成本低，而且其压缩强度高，因此在战斗部破片方面具有良好的应用前景。
[0003]国内外研究人员一般采用冷压烧结法制备铝镍含能材料，即先在模具中冷压形成坯料，然后经真空烧结或保护气氛烧结后形成具有一定释能密度与结构强度的铝镍含能材料。如南京航空航天大学的张度宝等人(Ni
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Al金属反应材料的制备和性能研究[D].南京:南京航空航天大学,2016.)，在550℃下烧结制备的铝镍含能材料的准静态压缩强度为294.6MPa、反应释能密度为413.1J/g。铝镍含能材料在烧结过程中，其内部的铝、镍组元会反应生成一定量的铝镍金属间化合物，造成释能密度损失。因此，烧结温度越高、烧结时间越长，铝镍含能材料的能量密度越低、结构强度越高；烧结温度越低、烧结时间越短，铝镍含能材料的能量密度越高、结构强度越低。正是这一矛盾严重削弱了铝镍含能材料的毁伤效应，阻碍其推广应用。
[0004]作为武器装备的毁伤元，铝镍含能材料的设计目标是兼具较高的能量密度和较高的结构强度。鉴于冷压烧结法制备铝镍含能材料的结构强度与释能密度的矛盾来源是高温烧结过程，因此，需要开发一种新的制备方法，尽可能的降低材料制备过程中的加热温度和时间，同时又能在微观组织方面保证铝镍含能材料具有较高的结构强度。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，本专利技术将热压成型工艺与搅拌摩擦加工工艺进行结合，制备得到的铝镍含能材料不仅具有较高的反应释能密度，而且具备较高的力学结构强度。
[0006]本专利技术所采用的技术方案有：
[0007]一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，按比例称量铝粉、镍粉和添加剂，然后将称取的铝粉、镍粉和添加剂充分混合均匀，并得到混合料，将混合料置入模具并通过热压成型工艺进行热压复合，经冶金反应制备出具有一定形状的块体坯料；通过搅拌摩擦加工工艺对铝镍复合坯料进行塑性加工，最终得到铝镍含能材料。
[0008]进一步地，所述热压复合所用加热温度为300～500℃，到温保压时间为2～6h，保压压力50～300MPa。
[0009]进一步地，对铝镍复合坯料进行搅拌摩擦加工时，搅拌工具的转动速度为：搅拌速度为：600～1200r/min，搅拌时工具的移动速度为：30～60mm/min。
[0010]进一步地，所述添加剂为钨粉或者氧化铁或者氧化铜。
[0011]进一步地，所述铝粉与镍粉的原子比为1:(1
‑
3)。
[0012]进一步地，所述铝粉与镍粉两者添加总的质量百分比为90～100％，添加剂添加的质量百分比为0～10％。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：
[0014]1)本专利技术将热压成型工艺与搅拌摩擦加工工艺进行结合，适合制造尺寸较大的铝镍含能材料结构件，制备过程无需真空烧结，制造周期较短，生产成本较低。本专利技术制备出的铝镍含能材料的结构强度和反应释能密度均较高，满足兵器装备对于高效毁伤的需求，具有良好的应用前景。
[0015]2)在采用热压成型工艺时，本专利技术将加热温度控制在300～500℃。由于较高的热压温度和较长的热压时间将导致铝镍含能材料的能量密度显著降低，较低的热压温度和较短的热压时间将削弱铝镍含能材料的结构强度。因此，热压温度在300～500℃，热压时间为2～6h时，铝镍含能材料的综合性能最佳。
[0016]3)在搅拌摩擦加工过程中，如果搅拌工具的转动速度和移动速度选择不当，当搅拌速度超过1200r/min时，铝镍含能材料内部将出现大量孔隙等缺陷，导致铝镍含能材料的结构强度较低。本专利技术给出的搅拌摩擦加工工艺参数可以获得较为致密的微观组织，具有较高的结构强度。
[0017]4)本专利技术选用铝粉、镍粉和添加剂作为制作坯料的基体，由于铝粉与氧化铜粉可以发生铝热，发生额外释放能量，因此当添加剂选择氧化铜时，含能材料可以获得更高的能量密度。
附图说明
[0018]图1为本专利技术制备流程图。
[0019]图2为实施例1制备的三个铝镍含能材料试样的准静态压缩应力应变曲线。
[0020]图3为实施例1中铝镍含能材料试样采用DSC实验测得的反应释能特性曲线。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]如图1所示，本专利技术一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，包括如下步骤：
[0024]1)称量配料：待混合的铝粉、镍粉以及添加剂，铝粉与镍粉的平均粒径均为500目。
[0025]2)混合原料：将称取的铝粉、镍粉和添加剂(添加剂为钨粉或者氧化铁或者氧化铜)放入密闭容器中摇晃预混，随后将预混后的粉体装入球磨罐，按照球料比1：1的比例装入不锈钢球，随后将密封的球磨罐安装在行星式球磨机内进行充分混合，球磨转速200r/min，球磨时间1h。
[0026]3)热压复合：将上述混合均匀的混合料与不锈钢球从球磨罐内倒出，采用不锈钢网筛将混合料与钢球进行分离。
[0027]称量一定量的混合料装入长方体型腔(长度100mm、宽度100mm、高度5mm)的模具
中，将模具置于热压机内，其中，热压温度为400℃，到温保压时间为4h，保压压力为150MPa。混合料在加热加压条件下经冶金反应形成一个长方体形状的块体材料，冷却开模后取出得到尺寸为100mm
×
100mm
×
5mm的铝镍合金坯料。
[0028]4)搅拌摩擦加工：将上述长方体铝镍合金坯料装夹在搅拌摩擦焊接设备工作台上，采用搅拌工具按照800r/min的搅拌速度、40mm/min的移动速度对铝镍合金坯料进行搅拌摩擦加工，最终得到所需的铝镍含能材料结构件。
[0029]通过本专利技术方法制得铝镍含能材料结构件，在铝镍含能材料结构件的搅拌摩擦加工区域分别加工成圆柱状试样和片状试样，分别用于进行准静态压缩试验(如图2)和热分析实验(如图3，差示扫描量热法，DSC测试)。最终测得其准静态抗压强度平均值为417MPa；测得其放热反应释能密度为843J/g。由此可见，本专利技术将热压成型工艺与搅拌摩擦加工工艺进行结合，制备出的铝镍含能材料的结构强度和反应释能密度均较高，满足兵器装备对于高效毁伤的需求，具有良好的应用前景。
[0030]实施例2
[0031]实施例2提供一种铝镍含能材料，其中热压温度为350℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，其特征在于：按比例称量铝粉、镍粉和添加剂，然后将称取的铝粉、镍粉和添加剂充分混合均匀，并得到混合料，将混合料置入模具并通过热压成型工艺进行热压复合，经加热加压制备出具有一定形状的块体坯料；通过搅拌摩擦加工工艺对铝镍复合坯料进行塑性加工，最终得到铝镍含能材料。2.如权利要求1所述的基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，其特征在于：采用热压成型工艺热压复合时，所用加热温度为300～500℃，到温保压时间为2～6h，保压压力50～300MPa。3.如权利要求1所述的基于热压与搅拌摩擦加工复合制备铝镍含能材料的方法，其特征在于：采...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明智，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：