發(fā)布時間：2020-04-15 12:09

【摘要】：鋁粉具有相對較高的體積燃燒焓和能量密度,其作為金屬燃燒劑被廣泛應(yīng)用于推進劑等領(lǐng)域,通過制備鋁基二元合金可以大幅改善鋁粉的燃燒性能。而氫是一種高能量密度的綠色新能源,將氫以氫化物形式引入鋁基合金燃燒劑后,燃燒過程中氫氣的釋放可以促進氧化劑的燃燒從而放出大量熱量,對改善燃燒劑的點火和燃燒性能十分有利。為此,本文將氫引入Al_2Mg合金,采用熱分析(TG-DSC)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微分析(SEM)和能譜分析(EDS)手段,研究了Al_2Mg合金氫化物及其球磨產(chǎn)物的燃燒性能和燃燒機理,并將制得的氫化物與氧化劑混合制得鋁熱劑,以改善其燃燒性能并研究燃燒機理。將Al_2Mg合金氫化后,顆粒細化且疏松多孔。Al_2Mg合金氫化物在第一階段燃燒過程中存在高溫放氫過程,生成新鮮Mg相和大量晶體缺陷,且Mg蒸汽的存在促進了氧分子分解,使其著火點比Al_2Mg合金(未氫化)降低了150℃左右。由于Al_2Mg合金氫化物在第一階段燃燒后晶粒粒徑較合金更小且晶體缺陷更多,使得氫化物在第二階段燃燒過程中的每一小步氧化較Al_2Mg合金都更易發(fā)生。由于兩者第一階段燃燒后相分布和缺陷程度不同,第二階段燃燒中合金氫化物比合金燃燒放熱更集中并劇烈,且更不易生成AlN,從而更貼近實際應(yīng)用。對Al_2Mg合金氫化物進行球磨處理,顆粒細化和平滑程度與球磨時間基本成正比。Al_2Mg合金氫化物球磨2、5、10 h產(chǎn)物(分別表示為Al_2Mg-H(bm2)、Al_2Mg-H(bm5)和Al_2Mg-H(bm10))的著火點均比合金氫化物(未球磨)降低了50℃左右,其中Al_2Mg-H(bm5)反應(yīng)活性最好。隨著球磨時間延長,顆粒比表面積增大,引入的晶體缺陷增多,Al_2Mg-H(bm10)的第二階段氧化反應(yīng)起始點和最終氧化完全溫度最低,但表面低的MgO覆蓋度使其更易發(fā)生團聚,對實際應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。將制得的Al_2Mg合金氫化物與超細化KMnO_4進行混合。從燃燒現(xiàn)象來看,Al_2Mg/KMnO_4和Al_2Mg-H(bm10)/KMnO_4鋁熱劑的燃燒性能比Al_2Mg-H/KMn O_4和Al_2Mg-H(bm2)/KMnO_4好;從反應(yīng)活性來看,Al_2Mg-H(bm10)/KMnO_4Al_2Mg-H/KMnO_4Al_2Mg/KMnO_4鋁熱劑;從固-固相反應(yīng)完全度和放熱量來看,Al_2Mg-H(bm10)/KMnO_4Al_2Mg/KMnO_4Al_2Mg-H/KMnO_4鋁熱劑。由于粒徑和顆粒表面形貌對金屬與氧化劑混合均勻程度和接觸面積有很大影響,從而對著火點、反應(yīng)完成度、放熱量、反應(yīng)速率帶來影響,綜合發(fā)現(xiàn),Al_2Mg-H(bm10)/KMnO_4鋁熱劑燃燒性能最佳。該含氫鋁熱劑的燃燒過程與未含氫鋁熱劑不同,首先MgH_2、Al與K_2Mn_4O_8(KMnO_4的分解產(chǎn)物)反應(yīng)生成Al(OH)_3和MgO,然后K_2Mn_4O_8、MgO與Al(OH)_3反應(yīng)生成MgAl_2O_4、K_xMnO_2,最后K_xMnO_2與Al反應(yīng)還原出Mn原子。
【圖文】：

第一章 文噴管。.1 鋁粉氧化燃燒機理近年來國外對金屬燃料的化學(xué)反應(yīng)過程開展了深入的研究。普遍認(rèn)為，鋁程主要包括顆粒的相變、團聚、著火和生成物的凝聚等，這些燃燒進程對中的燃燒性能起到了很重要的影響。鋁燃燒生成的氧化鋁具有較小的熱膨鋁粉燃燒溫度高于熔點后，氧化膜會因相變膨脹而破壞，然后鋁粉會發(fā)生加劇�？傊�，點火進程影響鋁粉團聚，而團聚影響其反應(yīng)效率。Thaddeus[16]發(fā)現(xiàn)鋁粉的燃燒產(chǎn)物中的氧化物能夠為異質(zhì)鋁氧反應(yīng)提供氧原快燃燒效率。Trunov 等[17]利用 TG-DSC 法分析，發(fā)現(xiàn)鋁粉氧化產(chǎn)物在氧態(tài)變化，如圖 1-1 所示。

有望作為一種在推進劑中有潛在應(yīng)用背景的高能燃燒劑。該氫高的溫度（放氫溫度 300 ℃左右），克服了目前研究較多的高困難的缺點。該金屬氫化物除了具有很高的燃燒熱，它產(chǎn)生的的燃燒，最終生成氧化物和 H2O 并放出大量熱量。通過文獻燃燒劑領(lǐng)域鮮見詳細研究報道。本章利用高溫氫化法制備 A TG-DSC 等分析了它與合金的燃燒性能，同時結(jié)合 SEM、BE研究其燃燒機理。金的氫化特性 為 Al2Mg 合金及其氫化物的 XRD 圖譜。由圖 3-1(a)可見，Al3Mg2和 Al，Al2Mg 合金氫化物的相組成為 MgH2和 Al，其 的衍射峰，，說明合金氫化完全。圖中亦無氧化物衍射峰，表明生明顯氧化。Al3Mg2的氫化過程如式(3.1)所示：1/2Al3Mg2+ H2→ MgH2+ 3/2Al
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【參考文獻】

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1 張金平;張洋洋;李慧;高景霞;程新路;;納米鋁熱劑Al/SiO_2層狀結(jié)構(gòu)鋁熱反應(yīng)的分子動力學(xué)模擬[J];物理學(xué)報;2014年08期

2 吳雄崗;宋桂賢;嚴(yán)啟龍;李笑江;黨永戰(zhàn);張曉宏;;Mg/Al合金對CMDB推進劑燃燒性能的影響[J];推進技術(shù);2012年04期

3 彭東;王吉坤;馬進;楊世誠;李天杰;納吉信;;國內(nèi)外高錳酸鉀制備方法概述[J];中國錳業(yè);2011年03期

4 劉晶如;羅運軍;;含儲氫合金的丁羥推進劑固化氣孔問題研究[J];固體火箭技術(shù);2011年01期

5 趙慶華;王莉莉;劉欣;馬巖;馬云翔;崔玉春;;合金燃料在固體推進劑中的應(yīng)用[J];化學(xué)推進劑與高分子材料;2011年01期

6 劉晶如;羅運軍;;固體推進劑用鋁基復(fù)合材料的制備及性能[J];固體火箭技術(shù);2010年05期

7 劉磊力;李鳳生;支春雷;宋洪昌;楊毅;張慶思;;MgH_2的制備及對高氯酸銨熱分解過程的影響[J];稀有金屬材料與工程;2010年07期

8 李全安,陳云貴,王麗華,涂銘旌;貯氫合金的開發(fā)與應(yīng)用[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;1999年03期

9 趙鳳起,李麗,李上文,陰翠梅,王瑛;含催化劑RDXCMDB推進劑燃燒機理研究[J];固體火箭技術(shù);1999年01期

10 張煒,朱慧,方丁酉,張為華;沖壓發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J];固體火箭技術(shù);1998年03期

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本文編號：2628535