CN104190920A - 纳米金属粉末钝化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米金属粉末钝化方法及装置，包括壳体、底座、位于壳体上端的进料口、两个储气瓶、两个抽风机和连接储气瓶、抽风机与壳体的管路，在壳体内部设置有过滤网，过滤网底部与壳体底部的中间位置接触，所述壳体下端有四个开口，两侧的两个开口通过管道分别与两个抽风机的上部出口连接，中间两个开口位于过滤网底部与壳体底部接触的位置，且在中间两个开口处设置喷嘴，喷嘴通过管路分别和储气瓶和抽风机相连，在与储气瓶相连的管路上、与抽风机侧面出口连接的管路上以及与喷嘴相连的管路上分别设置阀门，两个储气瓶分别装有氩气和氧气。使用本发明可以完成各种活泼纳米金属粉末的钝化工艺，方便快捷，而且能够取得理想的钝化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种钝化方法及钝化装置，尤其涉及一种纳米金属粉末钝化方法及装置。
背景技术
目前，工业生产与居民生活所使用的主要能源来自于煤、石油、天然气等化石燃料。它们的特点是，形成过程极其缓慢，在快速的消耗下面临着即将枯竭的状况。而且化石燃料燃烧产生的二氧化碳将加重地球上的温室效应，其内部所含有的硫化物、氮化物等燃烧将产生硫氧化物、氮氧化物等污染物，造成大气污染并形成酸雨，危害自然环境，已经不足以适应现代工业的快速发展。
金属燃料作为一种高热值的新型燃料，其能量密度远远高于煤、石油、天然气等化石燃料。并且，在燃烧的过程中不会产生硫氧化物、氮氧化物等有害气体。同时，地球上拥有丰富的金属矿产资源，且金属冶炼技术成熟，能够为金属燃料的应用提供坚实的基础。
目前，金属粉末材料一般以金属添加剂的身份出现。将金属粉末添加到油漆中，可以提高油漆的光亮程度。将金属粉末添加到汽油等燃料中，可以有效提高燃料的热值、抑制振荡燃烧。但即使是在金属粉末所占比重最高的固体推进剂中，金属粉末材料也不是组成的主体，只以添加剂的身份存在。产生这种现象的原因是，目前广泛使用的金属粉末普遍粒径较大，通常在1微米以上。金属粉末活性较低，且均一性较差，未能体现出金属粉末材料的优势。随着加工制造技术的发展，目前制造平均粒径小于100纳米的纳米金属粉末的技术已经成熟，可批量生产出平均粒径为30纳米、50纳米、80纳米等不同尺寸的纳米金属粉末。随着纳米金属粉末平均粒径的减小，同样质量金属粉末的表面积成倍地增加，纳米金属粉末的活性大大增强。镁、锂、铝等活泼金属做制成的纳米金属粉末可直接与水产生剧烈的化学反应，使得纳米金属粉末的应用范围得到大幅度扩展。纳米金属粉末独立作为一种燃料成为了一种可能。
随着纳米金属材料平均粒径的减小，其活性增强。与此同时也带来了一定的问题。由于纳米金属粉末过于活泼，使得刚刚生产出来的纳米金属粉末一暴露在空气中便被空气中的氧气迅速氧化。氧化反应所产生的热量促使纳米金属粉末与氧气产生更剧烈的氧化反应。轻则造成纳米金属粉末有效成分降低，重则使纳米金属粉末完全失活，甚至引起严重的危险。
发明内容
本发明的目的有两个，一是是为了避免纳米金属粉末发生氧化、失去活性而提供一种纳米金属粉末钝化装置，二是提供一种使用纳米金属粉末钝化装置对纳米金属粉末进行钝化的方法。
本发明的目的是这样实现的：纳米金属粉末钝化装置包括壳体、安装在壳体下部的底座、位于壳体上端的进料口、安装在壳体与底座空腔内的两个储气瓶、两个抽风机和连接储气瓶、抽风机与壳体的管路，在壳体内部设置有过滤网，过滤网底部与壳体底部的中间位置接触，所述壳体下端有四个开口，两侧的两个开口通过管道分别与两个抽风机的上部出口连接，中间两个开口位于过滤网底部与壳体底部接触的位置，且在中间两个开口处设置喷嘴，喷嘴通过管路分别和储气瓶和抽风机相连，在与储气瓶相连的管路上、与抽风机侧面出口连接的管路上以及与喷嘴相连的管路上分别设置阀门，两个储气瓶分别装有氩气和氧气；
应用上述纳米金属粉末钝化装置的纳米金属粉末钝化方法包括以下步骤：
步骤一：打开抽风机与外界连通的阀门，让抽风机工作一段时间使壳体内部成真空状态，然后关闭与外界连通的阀门，使整个壳体成为与外界隔绝的密闭空间；
步骤二：打开氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门，通过质量流量控制器调节流入氩气和氧气的质量比为19:1，使壳体内部充满氩气与氧气的混合气体，然后关闭氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门；
步骤三：将纳米金属粉末输送到壳体的内部；
步骤四：开启抽风机和送风管路阀门，在抽风机的驱动下使钝化气体在装置内部循环，纳米金属粉末与钝化气体充分接触，使纳米金属粉末充分均匀地钝化。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述喷嘴包括收敛段和扩张段，喷嘴轴线与壳体的竖直方向的轴线成60°，收敛段与喷嘴轴线夹角是45°，扩张段与喷嘴轴线夹角是15°。
2.所述真空状态的真空度为0.01MPa-0.02MPa。
3.所述的纳米金属粉末的颗粒直径为30纳米-100纳米。
4.所述的混合气体中氧气占5％，氩气占95％，氧气和氩气的纯度高于99.999％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可在纳米金属粉末的表面形成一层薄且致密的钝化层，使内部的有效成分与空气隔绝，免遭氧化。本发明的纳米金属粉末钝化装置的壳体与氩气储气瓶、氧气储气瓶、抽风机与管路形成一个密封的内部环境，可以保证不受外界空气的污染。本发明可通过阀门调整进入壳体内部的气体的量，以满足钝化方法中对于钝化气体配比的要求。装置中的抽风机同时为钝化气体在装置内部的循环提供动力，钝化气体在抽风机的作用之下，通过喷嘴喷射出去，带动纳米金属粉末在装置内部运动，使纳米金属粉末与钝化气体充分接触，以达到均匀钝化纳米金属粉末的目的。过滤网起到气固分离的作用，在抽风机的作用之下，纳米金属粉末将在钝化气体的带动之下运动。过滤网可以将纳米金属粉末的运动范围限制在壳体内部，避免污染抽风机以及储气瓶和管路。本发明可以方便快捷完成纳米金属粉末的钝化工艺。
附图说明
图1是是本发明的结构示意图；
图2是本发明中喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明的纳米金属粉末钝化装置包括壳体1、安装在壳体1下部的底座12、位于壳体1上端的进料口2、安装在壳体1与底座12空腔内的两个储气瓶、两个抽风机7和连接储气瓶、抽风机7与壳体1的管路，在壳体1内部设置有过滤网4，过滤网4底部与壳体1底部的中间位置接触，所述壳体1下端有四个开口，两侧的两个开口通过管道分别与两个抽风机7的上部出口连接，中间两个开口位于过滤网4底部与壳体底部接触的位置，且在中间两个开口处设置喷嘴9，喷嘴9通过管路分别和储气瓶和抽风机相连，在与储气瓶相连的管路上、与抽风机7侧面出口连接的管路上以及与喷嘴相连的管路上分别设置阀门，两个储气瓶分别装有氩气和氧气，也即两个储气瓶分别是氩气瓶5和氧气瓶6。壳体1由上下两个部分组成，且上下两个部分通过卡扣密封连接在一起，可以在完成钝化工艺之后开启，以方便已钝化的纳米金属粉末进行封装处理。壳体1与氩气储气瓶5、氧气储气瓶7、抽风机7和管路8组成密封的循环通路。进料口2直接与纳米金属粉末3的生产线相连接，可以有效防止纳米金属粉末3暴露在空气中被氧化。
如图2所示：喷嘴9整体镶嵌在壳体1上的开口内，且喷嘴9的轴线与壳体的轴线(竖直方向)的夹角成60°，管路8通过螺纹连接到喷嘴9的下部。喷嘴9由收敛段11和扩张段10组成，其中收敛段11与喷嘴9轴线的夹角为45°，扩张段10与喷嘴9轴线的夹角为15°。
应用本发明所提供的纳米金属粉末钝化装置的钝化方法的主要步骤是：
步骤一：打开抽风机与外界连通的阀门，让抽风机工作一段时间使壳体内部成真空状态，然后关闭与外界连通的阀门，使整个壳体成为与外界隔绝的密闭空间；
步骤二：打开氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门，通过质量流量控制器调节流入氩气和氧气的质量比为19:1，使壳体内部充满氩气与氧气的混合气体，然后关闭氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门；
步骤三：将纳米金属粉末输送到壳体的内部；
步骤四：开启抽风机和送风管路阀门，在抽风机的驱动下使钝化气体在装置内部循环，纳米金属粉末与钝化气体充分接触，使纳米金属粉末充分均匀地钝化。
在具体的实施过程中，在将整个装置内部完全清洁之后，将壳体1的上下两个部分扣紧，将进料口2与纳米金属粉末的生产线相连接，按照上述钝化方法的主要步骤完成钝化后，关闭抽风机7，打开壳体1，即可将完成钝化的纳米金属粉末的封装。
Claims (6)
1.一种纳米金属粉末钝化装置，包括壳体、安装在壳体下部的底座、位于壳体上端的进料口、安装在壳体与底座空腔内的两个储气瓶、两个抽风机和连接储气瓶、抽风机与壳体的管路，其特征在于：在壳体内部设置有过滤网，过滤网底部与壳体底部的中间位置接触，所述壳体下端有四个开口，两侧的两个开口通过管道分别与两个抽风机的上部出口连接，中间两个开口位于过滤网底部与壳体底部接触的位置，且在中间两个开口处设置喷嘴，喷嘴通过管路分别和储气瓶和抽风机相连，在与储气瓶相连的管路上、与抽风机侧面出口连接的管路上以及与喷嘴相连的管路上分别设置阀门，两个储气瓶分别装有氩气和氧气。
2.根据权利要求1所述的一种纳米金属粉末钝化装置，其特征在于：所述喷嘴包括收敛段和扩张段，喷嘴轴线与壳体的竖直方向的轴线成60°，收敛段与喷嘴轴线夹角是45°，扩张段与喷嘴轴线夹角是15°。
3.一种应用权利要求1所述的纳米金属粉末钝化装置的纳米金属粉末钝化方法，其特征在于：
步骤一：打开抽风机与外界连通的阀门，让抽风机工作一段时间使壳体内部成真空状态，然后关闭与外界连通的阀门，使整个壳体成为与外界隔绝的密闭空间；
步骤二：打开氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门，通过质量流量控制器调节流入氩气和氧气的质量比为19:1，使壳体内部充满氩气与氧气的混合气体，然后关闭氩气和氧气储箱阀门和送风管路阀门；
步骤三：将纳米金属粉末输送到壳体的内部；
步骤四：开启抽风机和送风管路阀门，在抽风机的驱动下使钝化气体在装置内部循环，纳米金属粉末与钝化气体充分接触，使纳米金属粉末充分均匀地钝化。
4.按照权利要求3所述的一种纳米金属粉末钝化方法，其特征在于：所述真空状态的真空度为0.01MPa-0.02MPa。
5.按照权利要求3所述的一种纳米金属粉末钝化方法，其特征在于：所述的纳米金属粉末的颗粒直径为30纳米-100纳米。
6.按照权利要求3所述的一种纳米金属粉末钝化方法，其特征在于：所述的混合气体中氧气占5％，氩气占95％，氧气和氩气的纯度高于99.999％。
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