CN111471884A - 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法 - Google Patents

一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111471884A
CN111471884A CN202010304264.1A CN202010304264A CN111471884A CN 111471884 A CN111471884 A CN 111471884A CN 202010304264 A CN202010304264 A CN 202010304264A CN 111471884 A CN111471884 A CN 111471884A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
boron
sieving
heating
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010304264.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张兴高
何杰
陈亮
马士洲
张开创
盖希强
安文书
程万影
方国峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences
Original Assignee
Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences filed Critical Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences
Priority to CN202010304264.1A priority Critical patent/CN111471884A/zh
Publication of CN111471884A publication Critical patent/CN111471884A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三元合金Mg0.5Al0.582制备方法，属于含能材料领域。制备步骤为：将镁粉、铝粉和硼粉混匀，并过筛；将混匀过筛后的混合粉移入坩埚中，松装；将坩埚置于管式炉中，抽真空，向管式炉中通氩气，加热、保温，随炉冷却至室温。将冷却后的试样取出，磨碎、过筛制得产品。采用在惰性气氛下用管式炉烧结制得Mg0.5Al0.582合金，设备和工艺简单、成本较低，所制备得到的硼合金材料应用到含能材料中，预期可改善复合含能材料的燃烧性能。

Description

一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法
技术领域
本发明涉及一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法，属于含能材料领域。
背景技术
新一代飞航导弹动力装置正向体积小、质量轻、超声速、远射程和高机动性发展，仅冲压发动机满足该技术要求。固体火箭冲压发动机推进系统适用固体贫氧推进剂。添加金属燃料是高能贫氧推进剂当前的一个重要发展方向。可选用的金属主要是一些燃烧热值高的金属，如铝、镁、硼等，尤其是硼，具有一系列优良特性而成为首选金属。由此引起含硼推进剂的广泛深入研究。硼本为非金属元素，但在燃料研究中，习惯上把它归入金属燃料。硼具有极高的质量热值(58.86KJ/g)和容积热值(137.73KJ/cm3)。含硼贫氧推进剂的理论比冲可以达到12000N·s/kg，如此高的比冲可以大幅度提高导弹武器的射程。正因为硼具有这些特性，尽管镁和铝在固体推进剂中获得成功的应用，硼仍然引起了推进剂研究者的极大兴趣。
尽管硼作为燃料有其独特的优势，但在实际应用中，硼自身的高熔点和高沸点，导致其存在点火性能差，燃烧效率低等问题，从而影响了其高能量性能的发挥；硼点火延迟和燃烧时间长，在有限的时间内，硼颗粒在燃烧室内存在着燃烧不完全现象，使硼颗粒的热值不能完全发挥出来；硼的燃烧效率低，耗氧量大，燃烧残渣多，无法释放它的高热量；在加工工艺方面，硼颗粒表面存在B2O3、H3BO3等杂质，使得硼颗粒与推进剂体系不相容。
国内外对新型硼合金材料的制备开展了大量研究，期望利用复合材料的协同效应以实现硼合金燃料比单独硼燃料更高的密度、更短的点火延迟时间，更快的燃烧速度和更完全的燃烧。郭洋等采用高温烧结法制备了硼镁合金。Shtessel等采用高能球磨制备了Al-B机械合金，采用X射线衍射、电子显微镜和低角激光衍射技术表征了其结构、形态和合金的尺寸，所制备的材料为纳米晶态的亚稳态相，颗粒尺寸为1-50μm。Birol等利用球磨法由Al和B2O3制备Al-B合金。Korchagin等利用高能球磨法，开发了一种利用镍和硼粉末混合物合成Ni3B的途径，保证单相Ni3B形成的球磨时间为7分钟。徐伟采用化学还原法和高能球磨法制备了非晶态硼镍合金，系统研究了反应时间、摩尔比、镍盐浓度、硼氢化钠的浓度、表面活性剂等条件对合金化的影响。
现有硼合金材料存在的技术问题是：国内外对于硼合金材料的制备方法球磨法较多且以二元和金制备为主，对于三元硼合金的制备方法报道较少，三元合金Mg0.5Al0.5B2的烧结制备方法未见报道。
发明内容
本发明的目的是解决三元硼合金的制备问题，提供一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法。根据常用金属的密度、原子量以及氧化物生成热数据，计算出单位质量燃烧热和单位体积燃烧热，综合考虑金属燃料的点火性能、耗氧量及原材料成本，选用常用金属燃料镁和铝与硼进行合金化，制备Mg0.5Al0.5B2三元硼合金材料，利用合金化效果有望改善硼燃烧释能相关缺陷。
本发明采用的技术方案，三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法步骤如下：
选用雾化镁粉Mg，粒径20±3μm，纯度＞99.5％；
无定形硼粉B，粒径1～2μm，纯度＞99.5％；
微细球形铝粉Al，粒径1～2μm，纯度＞99.5％；
采用高温烧结法进行硼合金的制备，具体实施步骤为：
步骤1：将镁粉、铝粉和硼粉按摩尔比1∶1∶4称量后混匀，并过筛3遍；
步骤2：将混匀过筛后的混合粉移入坩埚中，将坩埚置于管式炉中；
步骤3：对管式炉抽真空，真空度达到0.1MPa后，通入氩气；
步骤4：重复步骤3三次；
步骤5：控制氩气流量为50～100ml/min，在流通的氩气气氛保护下，以5～10℃min-1的升温速率加热至300～600℃预烧5～30min；
步骤6：以5～10℃min-1的升温速率加热至700～1000℃，保温1～10h，然后以5～10℃min-1的降温速率降至300～500℃后，随炉冷却至室温。
步骤7：将冷却后的物料取出，磨碎，过筛3遍制得三元合金Mg0.5Al0.5B2。
本发明的有益效果：三元合金Mg0.5Al0.5B2高温烧结制备方法采用松装烧结、预烧及熔渗等工艺，设备和工艺简单、成本较低。
附图说明
图1制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品1号的扫描电镜(SEM)图
图中：a为样品放大2000倍截取的电镜图，b为样品放大2000倍截取的电镜图，c为样品放大2000倍截取的电镜图，d为样品放大2000倍截取的电镜图，e为样品放大2000倍截取的电镜图；
图中比例尺为10μm。扫描电子显微镜(SEM)在二次电子成像(SEI)模式下用于观察颗粒表面形态，在扫描电镜分析之前，没有对样品进行包覆，样品放在C布上进行观察。从电镜图中可以看出，制得的样品颗粒较为均匀。
图2制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品1号的能谱(EDS)图
图中：a为样品中Al元素能谱图，b为样品中Mg元素能谱图，c为样品中B元素能谱图，d为样品电镜图，e为元素混合显示的能谱图；
图中比例尺为20μm；结合电镜图和能谱图可以看出，Mg、Al和B均匀镶嵌，实现了合金化。
图3制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品1号的X射线衍射(XRD)图
图中：＊为Al0.5Mg0.5B2的衍射峰位置；
纵坐标为衍射峰强度，单位为a.u.；横坐标为布拉格衍射角，单位为°；
2θ范围：20-90°；扫描步长：10deg/min。
图4制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品2号的扫描电镜(SEM)图
图中：a为样品放大2000倍截取的电镜图，b为样品放大2000倍截取的电镜图，c为样品放大2000倍截取的电镜图，d为样品放大2000倍截取的电镜图，e为样品放大2000倍截取的电镜图，f为样品放大2000倍截取的电镜图；
图中比例尺为10μm。扫描电子显微镜(SEM)在二次电子成像(SEI)模式下用于观察颗粒表面形态，在扫描电镜分析之前，没有对样品进行包覆，样品放在C布上进行观察。从电镜图中可以看出，图中有不同程度的烧结结块现象，图d、图e、图f中较为明显，这与高温烧结保温时间长短有关。
图5制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品2号的能谱(EDS)图
图中：a为样品中Al元素能谱图，b为样品中Mg元素能谱图，c为样品中B元素能谱图，d为样品电镜图，e为元素混合显示的能谱图；
图中比例尺为20μm；结合电镜图和能谱图可以看出，Mg、Al和B均匀镶嵌，实现了合金化。
图6制备的三元合金Mg0.5Al0.5B2样品2号的X射线衍射(XRD)图
图中：＊为Al0.5Mg0.5B2的衍射峰位置；
纵坐标为衍射峰强度，单位为a.u.；横坐标为布拉格衍射角，单位为°；
2θ范围：20-90°。扫描步长：10deg/min。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
步骤1：将镁粉3.2g、铝粉3.55g以及硼粉5.7g称量后混匀，并过325目筛3遍；
步骤2：将混匀过筛后的混合粉移入管式炉95×35(mm)方舟中，松装，高度大约3mm；
步骤3：将方舟置于管式炉中，对管式炉抽真空，当真空度达到0.1MPa时向管式炉中通氩气(反复三次)；
步骤4：控制氩气流量为100ml/min，在流通的氩气气氛保护下，以10℃min-1的升温速率加热至600℃预烧30min；
步骤5：以10℃min-1的升温速率加热至1000℃，保温2h后，以10℃min-1的降温速率降至500℃后，随炉冷却至室温。
步骤6：将冷却后的试样取出，磨碎，过325目筛3遍制得样品1号。
采用日本理学(Rigaku)公司Dmax-RB型12KW旋转阳极X-射线衍射仪(Cu K0，λ＝0.15406nm)对样品进行物相分析；采用英国S250MK2型扫描电子显微镜观察颗粒表面形貌，并用配有的Link-860能谱仪进行元素面扫描。从SEM图(图1)中可以看出制备的试样为小颗粒。从能谱图(图2)上可以看出制备得到的试样元素分布均匀。从XRD图谱(图3)中可以看出，制备得到了Mg0.5Al0.5B2三元硼合金。
实施例2
步骤1：将镁粉3.2g、铝粉3.55g以及硼粉5.7g称量后混匀，并过325目筛3遍；
步骤2：将混匀过筛后的混合粉移入管式炉95×35(mm)方舟中，松装，高度大约3mm；
步骤3：将方舟置于管式炉中，对管式炉抽真空，真空度达到0.1MPa后向管式炉中通氩气(反复三次)；
步骤4：控制氩气流量为100ml/min，在流通的氩气气氛保护下，以10℃min-1的升温速率加热至600℃预烧10min；
步骤5：预烧结束以5～10℃min-1的升温速率加热至1000℃，保温10h后，以10℃min-1的降温速率降至500℃后，随炉冷却至室温。
步骤6：将冷却后的试样取出，磨碎，过325目筛3遍制得样品2号。
采用日本理学(Rigaku)公司Dmax-RB型12KW旋转阳极X-射线衍射仪(Cu Kα，λ＝0.15406nm)对样品进行物相分析；采用英国S250MK2型扫描电子显微镜观察颗粒表面形貌，并用配有的Link-860能谱仪进行元素面扫描。从SEM图(图4)中可以看出制备的试样颗粒大小，制备时可选择适当保温时间，得到合适粒径，其中条状颗粒是铝粉熔化后重新析出的铝。从能谱图(图5)上可以看出制备得到的试样元素分布均匀。从XRD图谱(图6)中可以看出，制备得到了Mg0.5Al0.5B2三元合金。

Claims (2)

1.一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下：
步骤1：将镁粉、铝粉和硼粉按摩尔比1∶1∶4称量后混匀，并过筛3遍；
步骤2：将混匀过筛后的混合粉移入坩埚中，将坩埚置于管式炉中；
步骤3：对管式炉抽真空，真空度达到0.1MPa后，通入氩气；
步骤4：重复步骤3三次；
步骤5：控制氩气流量为50～100ml/min，在流通的氩气气氛保护下，以5～10℃min-1的升温速率加热至300～600℃预烧5～30min；
步骤6：以5～10℃min-1的升温速率加热至700～1000℃，保温1～10h，然后以5～10℃min-1的降温速率降至300～500℃后，随炉冷却至室温。
步骤7：将冷却后的物料取出，磨碎，过筛3遍制得三元合金金Mg0.5Al0.5B2。
2.根据权利要求1所述的一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法，其特征在于，原材料选用雾化镁粉Mg，粒径20±3μm，纯度＞99.5％；微细球形铝粉Al，粒径1～2μm，纯度＞99.5％；无定形硼粉B，粒径1～2μm，纯度＞99.5％。
CN202010304264.1A 2020-04-15 2020-04-15 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法 Pending CN111471884A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010304264.1A CN111471884A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010304264.1A CN111471884A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111471884A true CN111471884A (zh) 2020-07-31

Family

ID=71753877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010304264.1A Pending CN111471884A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111471884A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114735714A (zh) * 2021-12-03 2022-07-12 上海市第十人民医院 Mg1-xRxB2材料的制备方法及应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02129322A (ja) * 1988-11-09 1990-05-17 Fujitsu Ltd マグネシウム系複合材料
CN101109047A (zh) * 2007-09-05 2008-01-23 西北有色金属研究院 一种合成MgAlB14超硬材料的方法
CN102296290A (zh) * 2011-09-08 2011-12-28 西北工业大学 一种利用激光快速重熔制备硼铝镁三元合金涂层的方法
DE102011085828A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-10 Hitachi Chemical Co., Ltd. THERMOELEKTRISCHES MATERIAL AUS EINER VERBINDUNG AUF Mg2Si-BASIS UND HERSTELLUNGSVERFAHREN DAFÜR
WO2013147406A1 (ko) * 2012-03-26 2013-10-03 한국기계연구원 마그네슘 합금의 결정립 미세화제 및 미세화 방법, 이를 이용한 마그네슘 합 금의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금
CN103361533A (zh) * 2013-07-09 2013-10-23 华中科技大学 一种碳化钛基固溶体金属陶瓷及其制备方法
CN104561726A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 广东工业大学 一种高韧性铝镁硼陶瓷及其制备方法
FR3075828A1 (fr) * 2017-12-26 2019-06-28 Thales Poudre d'alliage d'aluminium pour fabrication additive, et procede de fabrication d'une piece par fabrication a partir de cette poudre

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02129322A (ja) * 1988-11-09 1990-05-17 Fujitsu Ltd マグネシウム系複合材料
CN101109047A (zh) * 2007-09-05 2008-01-23 西北有色金属研究院 一种合成MgAlB14超硬材料的方法
DE102011085828A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-10 Hitachi Chemical Co., Ltd. THERMOELEKTRISCHES MATERIAL AUS EINER VERBINDUNG AUF Mg2Si-BASIS UND HERSTELLUNGSVERFAHREN DAFÜR
CN102296290A (zh) * 2011-09-08 2011-12-28 西北工业大学 一种利用激光快速重熔制备硼铝镁三元合金涂层的方法
WO2013147406A1 (ko) * 2012-03-26 2013-10-03 한국기계연구원 마그네슘 합금의 결정립 미세화제 및 미세화 방법, 이를 이용한 마그네슘 합 금의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금
CN103361533A (zh) * 2013-07-09 2013-10-23 华中科技大学 一种碳化钛基固溶体金属陶瓷及其制备方法
CN104561726A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 广东工业大学 一种高韧性铝镁硼陶瓷及其制备方法
FR3075828A1 (fr) * 2017-12-26 2019-06-28 Thales Poudre d'alliage d'aluminium pour fabrication additive, et procede de fabrication d'une piece par fabrication a partir de cette poudre

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. CAMPI • T. PROFFEN • X. QIU • E.S. BOZIN: "Local Lattice Dynamics in the Mg0.5Al0.5B2 Superconductor", 《JOURNAL OF SUPERCONDUCTIVITY AND NOVEL MAGNETISM》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114735714A (zh) * 2021-12-03 2022-07-12 上海市第十人民医院 Mg1-xRxB2材料的制备方法及应用
CN114735714B (zh) * 2021-12-03 2023-08-22 上海市第十人民医院 Mg1-xRxB2材料的制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108129153B (zh) 一种多元稀土硼化物(LaxSr1-x)B6多晶阴极材料及其制备方法
US10793476B2 (en) Method of preparing cerium boride powder
CN111334697B (zh) 一种W-Ta-Mo-Nb-C高温高熵合金及其制备方法
Mursalat et al. Composite Al∙ Ti powders prepared by high-energy milling with different process controls agents
CN111118323B (zh) 一种用于激光3d打印金属陶瓷复合材料粉末的制备方法
Pivkina et al. Comparative analysis of boron powders obtained by various methods. I. Microstructure and oxidation parameters during heating
Ramakrishnan et al. Development of Nano‐Al Based Highly Metalized Fuel‐Rich Propellant for Water Ramjet Propulsion Applications
El‐Eskandarany et al. Thermally assisted solid state amorphization of rod milled Al50Nb50 alloy
CN111471884A (zh) 一种三元合金Mg0.5Al0.5B2制备方法
Yang et al. On the combustion mechanisms of ZrH 2 in double-base propellant
Ojha et al. Combustion characteristics of jet a-1 droplet loaded with aluminum/magnesium-decorated boron particles
Adil et al. Mechanochemical synthesis of nanocrystalline aluminium boride (AlB12)
Yang et al. Recent advances on the preparation and combustion performances of boron-based alloy fuels
CN111892466A (zh) 一种高密度高能量的金属燃料
Hu et al. Spatial phase structure and oxidation process of Al-W alloy powder with high sphericity
CN113929547B (zh) 一种高热值硼基复合粉及其制备方法
Park et al. Structure and decomposition behaviour of rapidly solidified Mg Nd X (X Al, Si) Alloys
Tilliander et al. Morphology studies of a W/Cu alloy synthesized by hydrogen reduction
Wang et al. Sintering Behavior of Tungsten Heavy Alloy Products Made by Plasma Spray Forming
CN110697652A (zh) 一种钇/石墨烯改性的镁铝储氢复合材料的制备方法
CN115121800B (zh) 一种具有燃烧微爆特性的AlTiZr基多主元合金粉的制备方法
JP6747828B2 (ja) 熱電変換材料及びその製造方法
CN113523290A (zh) 一种铝铁钇硼四元合金粉及制备方法
Xu et al. Thermal reactivity of Al–Mg–Li alloy powders
Hashim et al. Evaluation of Boron Combustion for Ducted Rocket Applications Using Condensed Product Analysis.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200731