CN104128611A - 低燃点合金纤维及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一系列合金材料的制作方法，尤其是低燃点合金纤维及其制备方法。该合金纤维经X射线衍射证实是完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。本发明的有益效果是，与碱金属、镁、铝、钛、锆等活泼纯金属相比，通过本发明制备得到的低燃点合金纤维处于非晶态，具有很好的耐蚀性、抗氧化性，在常温常压下的空气中就可以安全存储，不需要在保护介质中存储，储存便利，运输安全。

Description

低燃点合金纤维及其制作方法

技术领域

本发明涉及一系列合金材料的制作方法，尤其是低燃点合金纤维及其制备方法。

背景技术

燃烧是一种我们熟悉的化学反应形式。金属的燃点一般都很高，在空气中难以发生燃烧反应。某些低熔点的碱金属(如钾、钠等)的燃点低，能够在空气中燃烧。另外，某些活泼纯金属粉(钛粉、锆粉、铝粉、镁粉等)燃烧释放大量的热能，作为金属燃烧剂在高能固体推进剂、高能炸药及火工品等方面广泛使用。但这些金属粉燃点较高，表面很容易氧化导致活性大幅降低。合金表面相对抗氧化性好，且可能具备贮氢能力，燃烧过程中能够释放更多的能量。另外，在某些火工品中需要容易引燃而且强度很高的金属材料，这些都是纯金属材料不能胜任的。因此，低燃点合金更具发展和应用潜力。到目前为止，国内外尚未有关在空气中能够燃烧的低燃点合金的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能在空气中燃烧的低燃点合金纤维及其制作方法。

本发明所采用的技术方案是：该合金纤维成分表达式为：Zr_a(AlTi)_bTM_c(40≤a≤70，5≤b≤20，10≤c≤30，a+b+c＝100)、Zr_a(Nb，Pd)_bAl_cTM_d(40≤a≤60，1≤b≤10，5≤c≤15，15≤d≤40，a+b+c+d＝100)、Ti_aZr_bTM_c(40≤a≤60，30≤b≤40，20≤c≤40，a+b+c＝100)、Mg_aLn_bM_c(Ln为镧系金属，M为Ni或者Cu或者Zn元素)(40≤a≤65，3≤b≤10，10≤c≤30，a+b+c＝100)、Ln_aAl_bTM_c(40≤a≤70，10≤b≤25，20≤c≤40，a+b+c＝100)、Cu_aZr_b(Al，Ti)_c(40≤a≤60，30≤b≤50，3≤c≤15，a+b+c＝100)、Fe_a(Zr，Nb，Mo)_b(Al，Ga)_c(P，B，C，Si)_d(40≤a≤75，0≤b≤20，0≤c≤15，10≤d≤30，a+b+c+d＝100)、Ni_a(Zr，Hf，Nb)_b(Ti，Al)_cTM_d(40≤a≤60，0≤b≤20，0≤c≤15，10≤d≤40，a+b+c+d＝100)、Co_aFe_b(Ta，Hf，Nb)_c(B，C)_d(40≤a≤60，20≤b≤40，3≤c≤15，15≤d≤35，a+b+c+d＝100)中的一种，其中a、b、c、d均为原子百分数，TM为VI～VIII族过渡金属。

低燃点合金纤维制作方法

步骤一，氩气保护下，反复重熔铸锭；

步骤二，合将金铸锭固定在抽拉装置并置于一定内径的石英坩埚内，抽真空后充入压力高纯氩；

步骤三，将合金铸锭加热后熔化，合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为30-50μm的合金纤维。

通过以上制备方法获得的合金纤维，经X-射线衍射证实为完全的非晶态。这些合金纤维具有很低的燃点(约300℃～500℃)，在空气中一般打火机的火焰即可引燃这些合金纤维。

本发明的有益效果是，与碱金属、镁、铝、钛、锆等活泼纯金属相比，通过本发明制备得到的低燃点合金纤维处于非晶态，具有很好的耐蚀性、抗氧化性，在常温常压下的空气中就可以安全存储，不需要在保护介质中存储，储存便利，运输安全。

本发明制备的系列合金纤维燃点低，在空气中很容易发生燃烧反应，燃烧过程中释放大量的能量。因此，这些纤维材料能够作为固体金属燃料，在军工和民用领域具有极大的应用潜力。

具体实施方式

实施例1：

(1)将纯度不低于wt.99.9％的纯金属Zr、Al和Ni按Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅成分比例配料约30g；置于WS-4型非自耗真空电弧熔炼炉内，熔炼气氛为略大于一个大气压的高纯氩气保护，熔炼电流200A-250A，反复熔炼4次(每次熔炼时间为1min)，随后采用吸铸法制备出直径约为9mm合金铸锭；

(2)将上述合金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内；抽拉室抽真空至10^-3MPa后充入压力0.05MPa的高纯氩；设定合金铸锭的进给速度为2.0mm/min，旋转铜轮的转速为27.0m/s；

(3)经感应加热后合金铸锭熔化；附着在快速旋转的铜轮表面的合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为50μm的合金纤维。

按上述方法制备得到的Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅合金纤维经X射线衍射证实为完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。

实施例2：

(1)将纯度不低于wt.99.9％的纯金属Cu、Zr和Ti按Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀成分比例配料约30g；置于WS-4型非自耗真空电弧熔炼炉内，熔炼气氛为略大于一个大气压的高纯氩气保护，熔炼电流200A-250A，反复熔炼4次(每次熔炼时间为1min)，随后采用吸铸法制备出直径约为9mm合金铸锭；

(2)将上述合金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内；抽拉室抽真空至10^-3MPa后充入压力0.05MPa的高纯氩；设定合金铸锭的进给速度为2.0mm/min，旋转铜轮的转速为27.2m/s；

(3)经感应加热后合金铸锭熔化；附着在快速旋转的铜轮表面的合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为50μm的合金纤维。

按上述方法制备得到的Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀合金纤维经X射线衍射证实是完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。

实施例3：

(1)将纯度不低于wt.99.9％的纯金属Mg、Y和Cu按Mg₆₅Y₁₀Cu₂₅成分配料约30g；置于真空中频感应熔炼炉内的石英坩埚内，坩埚的内径约为9mm，熔炼气氛为略大于一个大气压的高纯氩气保护，熔化后保温10s后自然冷却凝固制备出直径约为9mm合金铸锭；

(2)将上述合金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内；抽拉室抽真空至10^-3MPa后充入压力0.08MPa的高纯氩；设定合金铸锭的进给速度为2.8mm/min，旋转铜轮的转速为21.0m/s；

(3)经感应加热后合金铸锭熔化；附着在快速旋转的铜轮表面的合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为40μm的合金纤维。

按上述方法制备得到的Mg₆₅Y₁₀Cu₂₅合金纤维经X射线衍射证实是完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。

实施例4：

(1)将纯度不低于wt.99.9％的纯金属La、Al和Cu按La₆₂Al₁₄Cu₂₄成分配料约30g；置于WS-4型非自耗真空电弧熔炼炉内，熔炼气氛为略大于一个大气压的高纯氩气保护，熔炼电流200A-250A，在反复熔炼4次(每次熔炼时间为1min)后采用吸铸法制备出直径约为9mm合金铸锭；

(2)将上述合金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内；抽拉室抽真空至10^-3MPa后充入压力0.05MPa的高纯氩；设定合金铸锭的进2.8mm/min，旋转铜轮的转速为22.0m/s

(3)经感应加热后合金铸锭熔化；附着在快速旋转的铜轮表面的合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为45μm的合金纤维。

按上述方法制备得到的La₆₂Al₁₄Cu₂₄合金纤维经X射线衍射证实是完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。

实施例5：

(1)将纯度不低于wt.99.9％的纯金属Ni、Cu、Zr、Ti和Al按Ni₄₀Cu₅Zr_16.5Ti_28.5Al₁₀成分配料约30g；置于WS-4型非自耗真空电弧熔炼炉内，熔炼气氛为略大于一个大气压的高纯氩气保护，熔炼电流200A-250A，在反复熔炼4次(每次熔炼时间为1min)后采用吸铸法制备出直径约为9mm合金铸锭；

(2)将上述合金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内；抽拉室抽真空至10^-3MPa后充入压力0.05MPa的高纯氩；设定合金铸锭的进2.6mm/min，旋转铜轮的转速为23.0m/s；

(3)经感应加热后合金铸锭熔化；附着在快速旋转的铜轮表面的合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为45μm的合金纤维。

按上述方法制备得到的Ni₄₀Cu₅Zr_16.5Ti_28.5Al₁₀合金纤维经X射线衍射证实是完全的非晶态。合金纤维在空气中很容易发生燃烧反应，一般打火机的火焰即可引燃合金纤维。

Claims (2)

1.低燃点合金纤维，其特征在于：该合金纤维成分表达式为：Zr_a(AlTi)_bTM_c(40≤a≤70，5≤b≤20，10≤c≤30，a+b+c＝100)、Zr_a(Nb，Pd)_bAl_cTM_d(40≤a≤60，1≤b≤10，5≤c≤15，15≤d≤40，a+b+c+d＝100)、Ti_aZr_bTM_c(40≤a≤60，30≤b≤40，20≤c≤40，a+b+c＝100)、Mg_aLn_bM_c(Ln为镧系金属，M为Ni或者Cu或者Zn元素)(40≤a≤65，3≤b≤10，10≤c≤30，a+b+c＝100)、Ln_aAl_bTM_c(40≤a≤70，10≤b≤25，20≤c≤40，a+b+c＝100)、Cu_aZr_b(Al，Ti)_c(40≤a≤60，30≤b≤50，3≤c≤15，a+b+c＝100)、Fe_a(Zr，Nb，Mo)_b(Al，Ga)_c(P，B，C，Si)_d(40≤a≤75，0≤b≤20，0≤c≤15，10≤d≤30，a+b+c+d＝100)、Ni_a(Zr，Hf，Nb)_b(Ti，Al)_cTM_d(40≤a≤60，0≤b≤20，0≤c≤15，10≤d≤40，a+b+c+d＝100)、Co_aFe_b(Ta，Hf，Nb)_c(B，C)_d(40≤a≤60，20≤b≤40，3≤c≤15，15≤d≤35，a+b+c+d＝100)中的一种，其中a、b、c、d均为原子百分数，TM为VI～VIII族过渡金属。

2.低燃点合金纤维制作方法，其特征在于按照如下的步骤进行：

步骤一，氩气保护下，反复重熔铸锭；

步骤二，合将金铸锭固定在抽拉装置并置于内径为10mm石英坩埚内，抽高真空后充入一定压力的高纯氩；

步骤三，将合金铸锭加热后熔化，合金熔体被抽拉成丝，熔体快速凝固形成直径约为30-50μm的合金纤维。