CN111575544B

CN111575544B - 特种合金阻隔抑爆材料

Info

Publication number: CN111575544B
Application number: CN202010438836.5A
Authority: CN
Inventors: 魏光明; 石勇
Original assignee: Zhongtai Min'an Explosion Proof Technology Co ltd
Current assignee: Zhongtai Min'an Explosion Proof Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: CN111575544A

Abstract

本发明公开了特种合金阻隔抑爆材料，所述阻隔抑爆材料包括以下重量分数的原料：硅0.3～0.4％、铁0.7～0.9％、铜0.2～0.3％、锰2.5～3.5％、镁0.1～0.2％、锌0.2～0.3％、钛0.1～0.2％、银0.4～0.6％、镍0.01～0.03％、余量为铝。本发明公开了特种合金阻隔抑爆材料的制备方法，先通过先将各金属粉末混合预热，再烧结，温轧成原坯，最后轧制成箔，切缝拉伸制得。本发明制备的特种合金阻隔抑爆材料导电性能好，不易坍塌、不易产生碎屑；制备工艺简单，制备方法耗能小，原料结合性好，不易发生形变。

Description

特种合金阻隔抑爆材料

技术领域

本发明涉及阻隔抑爆材料技术领域，尤其涉及特种合金阻隔抑爆材料。

背景技术

在可燃性液体或气体的存储和运输领域，人们都会小心防护；但尽管这样,由于一些不可预见的、突发性的原因，致使化工厂、炼油厂、加油站、汽车、运油车、油库、储油罐等发生事故而引发爆炸，给国家和人民财产造成了不可弥补的巨大损失。鉴于市场的需要，世界各国相继研制了各种抑爆材料，如聚氨酯泡沫，纸型材料，胶片材料等，但这几种材料在石油产品中化学稳定性差，非常易于裂解破碎，造成液体污染，不适宜长期使用。石油制品燃烧发生爆炸，必须具备三个要素，氧气，可燃物及温度，只要切断一个要素，爆炸就不会发生。经过几年上百次的反复配方试验，有人开发出了材料叠层中的网眼组成蜂窝状的特殊结构，把油罐油箱气瓶内腔分成成千上万个无数很小的“小隔室”，这些“小隔室”可以有效的抑制火焰的传播，同时这种特殊结构在单位体积具有较好的导热性，可以迅速地将燃烧释放出的绝大部分热量吸收掉，使燃烧反应后的最终温度大大降低，反应气体的膨胀程序为缩小，容器的压力值增高很小，符合效应。

虽然现在还有聚氨酯发泡成型阻隔防爆材料、注塑成型球型非金属阻隔防爆材料等其他阻隔抑爆材料，但这两种材料工作温度低、热传导差。所以铝合金阻隔防爆材料仍然是主流产品，铝合金材质箔材的蜂窝结构可以阻抗爆炸瞬间的能力释放，吸收爆炸产生的高温并迅速向外散热，阻止火焰的蔓延与扩大，为存储和运输的安全提供保障。但常见的铝合金材质箔材，存在脆率大、延伸率低、防腐蚀性能差的缺陷，并且在加工容易出现变形、损伤，在使用过程中容易出现坍塌和脆裂。致使容器不能达到预定的抗暴性能。所以需要对铝合金的成分和组成进行调整，使其不易坍塌、不易产生碎屑。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种特种合金阻隔抑爆材料。导电性能好，不易坍塌、不易产生碎屑；制备方法耗能小，原料结合性好，不易发生形变。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种特种合金阻隔抑爆材料。

本发明的第一方面，提供特种合金阻隔抑爆材料，所述阻隔抑爆材料包括以下重量分数的原料：硅 0.3~0.4%、铁 0.7~0.9%、铜 0.2~0.3%、锰 2.5~3.5%、镁 0.1~0.2%、锌0.2~0.3%、钛 0.1~0.2%、银 0.4~0.6%、镍 0.01~0.03%、余量为铝。

优选的，所述阻隔抑爆材料包括以下重量分数的原料：硅 0.35%、铁 0.8%、铜0.25%、锰 3.0%、镁 0.15%、锌 0.25%、钛 0.15%、银 0.5%、镍 0.02%、余量为铝。

本发明的第二方面，提供特种合金阻隔抑爆材料的制备方法,包括以下步骤：

（1）将原料混合均匀，预热除去水分，将原料轧制成板带；

（2）轧制的板带在氮气保护下直接进行烧结，得烧结板带；

（3）烧结板带冷却至 200℃后进行温轧制成变形量为30%的原坯板带；

（4）将原坯板带轧制成特种合金箔；

（5）将特种合金箔切缝整形后，拉伸扩展成特种合金箔网，将特种合金箔网叠制成形，得到蜂窝状特种合金阻隔抑爆材料。

优选的，步骤（1）中，所述轧制的压力为1500Kg。

优选的，步骤（1）中，所述板带的宽度为500mm，厚度为2mm。

优选的，步骤（2）中，所述氮气的纯度为99.99%。

优选的，步骤（2）中，所述烧结的温度为450~500℃，烧结的时间为1.5~2.5h。

优选的，步骤（3）中，所述温轧的压力为1000Kg。

优选的，步骤（4）中，所述铝合金箔的厚度为0.05mm，宽度为180mm。

优选的，步骤（5）中，所述切缝长度为16mm，相邻切缝间距为2mm。

本发明的有益效果为：

1.本发明的特种合金阻隔抑爆材料导电性能好，不易坍塌、不易产生碎屑。

2.本发明采用粉状原料轧制再烧结，冷却后再温轧来制备原坯板带。制备工艺简单，耗能小，耗时短，在氮气保护下进行烧结，使各金属结合得更好，不形成其他有害化合物；制备出的成品韧性大、不易变形。

附图说明

图1为本发明制备铝合金阻隔抑爆材料的工艺流程图；

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述，目前铝合金阻隔抑爆材料主要是通过将各金属单质加热融化成液态，使各金属分散于熔融液相中，再铸锭成形。液态铸锭成形过程中，需要使用氮气和六氯乙烷除气，六氯乙烷是铝合金中最常用的脱气剂，是氯代物中毒性最大的一种，对人的中枢神经有毒害作用。各金属的液态温度不同，分散于熔融液相中容易造成分散不均匀或金属偏析现象，制备成的蜂窝状阻隔抑爆材料容易变形，易坍塌，产生碎屑。

基于此，本发明提供特种合金阻隔抑爆材料。所述阻隔抑爆材料包括以下重量分数的原料：硅 0.3~0.4%、铁 0.7~0.9%、铜 0.2~0.3%、锰 2.5~3.5%、镁 0.1~0.2%、锌 0.2~0.3%、钛 0.1~0.2%、银 0.4~0.6%、镍 0.01~0.03%、余量为铝。

为了使本发明的特种合金阻隔抑爆材料导电性能好，不易坍塌、不易产生碎屑，发明人对配方进行了多次试验，最终得出使用上述金属元素以及配比制备的蜂窝状合金材料效果最好。铝中加入硅有一定的强化作用，但是硅会限制镁的作用，为避免造成强化元素镁作用的损失；硅也会与铁、铝组合形成粗大的AlFeSi颗粒，从而影响阻隔抑爆材料的疲劳寿命。所以本发明将硅含量控制在0.3~0.4%，优选的，硅含量控制在0.35%。铜有一定的固溶强化效果，铜含量过高会降低阻隔抑爆材料的耐腐蚀性；所以本发明将铜含量控制在0.2~0.3%，优选的，铜含量控制在0.25%。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，能显著细化再结晶晶粒，并通过MnAl₆溶解杂质铁，减小铁的有害影响。锰与镁相配合可提高阻隔抑爆材料的强度，所以本发明将锰的含量控制在2.5~3.5%，优选的，锰的含量控制在3.0%。镁对铝的强化作用明显，但镁含量过高，会使材料脆性大，轧制时，铝合金箔的周边易开裂；本发明将镁的含量控制在0.1~0.2%；优选的，镁的含量控制在0.15%。

制备上述特种合金阻隔抑爆材料时，由于不同金属的液态温度不同，且将各液态金属分散容易产生一些有害化合物；并且熔炼状态下溶液产生金属偏析现象，使材料含量不稳定。所以本发明采用以下方法制备：

第一步：将原料混合均匀，预热除去水分，将原料轧制成板带。这样可以使各金属充分混合均匀。第二步：轧制的板带在氮气保护下直接进行烧结，得烧结板带。使铝合金中的主要合金化元素镁、锌、铁、锰等不形成化合物，烧结板带的各部位都均匀一致，最终得到的铝合金硬度大。第三步：烧结板带冷却至200℃后进行温轧制成变形量为30%的原坯板带。温轧可降低合金的再结晶过程，降低合金的脆性，使合金冷却后不易变形。第四步：将原坯板带轧制成特种合金箔；第五步：将特种合金箔切缝整形后，拉伸扩展成特种合金箔网，将特种合金箔网叠制成形，得到蜂窝状特种合金阻隔抑爆材料。这样制备出的蜂窝状阻隔抑爆材料硬度大，强度高，不易变形，在后期使用过程中不易产生碎屑，不易坍塌。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或者按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

实施例1

1.取0.35Kg硅、0.8Kg铁、0.25Kg铜、3.0Kg锰、0.15Kg镁、0.25Kg锌、0.15Kg钛、0.5Kg银、0.02Kg镍、94.53Kg铝，将这些粉料混合均匀，预热至100℃除去水分，用750粉轧机进行轧制，轧制压力1500公斤，轧制成幅面宽度500毫米，厚度2毫米的板带。

2.轧出板带同步进入网带炉，在氮气保护下进行烧结，烧结温度450℃，烧结时间2h。

3.烧结板带出炉冷却到200℃，用初轧机进行温轧，制成初轧原坯板带，变形量在30％左右。

4.将原坯板带轧制成特种合金箔，厚度为0.05 mm，宽度为180mm。

5.将特种合金箔切缝整形，切缝长度16mm、间距为2mm，然后拉伸扩展成特种合金箔网，将特种合金箔网叠制成形，得到蜂窝状阻隔抑爆材料。

实施例2

1.取0.3Kg硅、0.7Kg铁、0.2Kg铜、2.5Kg锰、0.1Kg镁、0.2Kg锌、0.1Kg钛、0.4Kg银、0.01Kg镍、95.49Kg铝，将这些粉料混合均匀，预热至100℃除去水分，用750粉轧机进行轧制，轧制压力1500公斤，轧制成幅面宽度500毫米，厚度2毫米的板带。

2.轧出板带同步进入网带炉，在氮气保护下进行烧结，烧结温度500℃，烧结时间2h。

4.将原坯板带轧制成特种合金箔，厚度为0.05mm，宽度为180mm。

实施例3

1.取0.4Kg硅、0.9Kg铁、0.3Kg铜、3.5Kg锰、0.2Kg镁、0.3Kg锌、0.2Kg钛、0.6Kg银、0.03Kg镍、93.57Kg铝，将这些粉料混合均匀，预热至100℃除去水分，用750粉轧机进行轧制，轧制压力1500公斤，轧制成幅面宽度500毫米，厚度2毫米的板带。

2.轧出板带同步进入网带炉，在氮气保护下进行烧结，烧结温度480℃，烧结时间2h。

4.将原坯板带轧制成特种合金箔，厚度为0.05mm，宽度为180mm。

对比例

1.取0.35Kg硅、0.8Kg铁、0.25Kg铜、3.0Kg锰、0.15Kg镁、0.25Kg锌、0.15Kg钛、0.5Kg银、0.02Kg镍、94.53Kg铝，将上述金属单质置于熔融炉，混合后加热至750℃，使全部金属成液态，并保持该温度1.5小时，使各金属均匀分散于熔融液相中。

2.液态保温期间用纯度大于或等于99.999%且小于100%的氮气和六氯乙烷除气精炼后铸锭形成坯料，在480℃保温24小时，使其均匀化。

3.将坯料铣面。

4.将铣面后的坯料在430℃保温1小时后，室温水淬，在400℃下用热压机将坯料轧制成铝合金坯料，并将该坯料在120℃恒温10小时，180℃恒温10小时。

5.将步骤（4）得到的铝合金坯料用冷轧机制成厚度为0.05mm，宽度为180mm的铝合金箔。

6.将特种合金箔切缝整形，切缝长度16mm、间距为2mm，然后拉伸扩展成特种合金箔网，将特种合金箔网叠制成形，得到蜂窝状阻隔抑爆材料。

试验例

对实施例1~3和对比例制备的蜂窝状阻隔抑爆材料进行硬度、拉伸强度、屈服强度、断裂总延伸率、体积电阻率和振动耐久性碎屑值进行检测，检测方法参照GJB8455-2015《油箱油罐填充用阻隔防爆材料通用技术规范》和JT/T 1046-2016《道路运输车辆油箱及液体燃料运输罐体阻隔防爆安全技术要求》的规定，所得结果见表1。

表1

项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					硬度 D	95	87	82	80
拉伸强度MPa	253	241	236	231
					屈服强度 MPa	232	226	213	212
断裂总延伸率 %	1	3	2	3
					体积电阻率 Ω·cm	7.0×10<sup>2</sup>	7.5×10<sup>2</sup>	7.4×10<sup>2</sup>	8.0×10<sup>2</sup>
振动耐久性碎屑值 mg/L	0.10	0.15	0.20	0.51

由表1可知，实施例1~3制备的阻隔抑爆材料其硬度、拉伸强度、屈服强度、断裂总延伸率、体积电阻率和振动耐久性碎屑量都好于对比例。GJB8455-2015《油箱油罐填充用阻隔防爆材料通用技术规范》和JT/T 1046-2016《道路运输车辆油箱及液体燃料运输罐体阻隔防爆安全技术要求》要求体积电阻率不大于1.0*10³Ω·cm，振动耐久性碎屑量不大于1.0mg/L，实施例1~3制备的阻隔抑爆材料远低于上述两个标准的要求，且均好于对比例。说明本发明制备的阻隔抑爆材料在后期使用中不易坍塌、不易产生碎屑。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.特种合金阻隔抑爆材料，其特征在于，所述阻隔抑爆材料的原料的重量分数为：硅0.35%、铁 0.8%、铜 0.25%、锰 3.0%、镁 0.15%、锌 0.25%、钛 0.15%、银 0.5%、镍 0.02%、余量为铝；

所述特种合金阻隔抑爆材料由以下步骤制备：

（1）将原料混合均匀，预热除去水分，将原料轧制成板带；所述轧制的压力为1500Kg；所述板带的宽度为500mm，厚度为2mm；

（2）轧制的板带在氮气保护下直接进行烧结，得烧结板带；所述烧结的温度为450~500℃，烧结的时间为1.5~2.5h；所述氮气的纯度为99.99%；

（3）烧结板带冷却至200℃后进行温轧制成变形量为30%的原坯板带；所述温轧的压力为 1000Kg；

（4）将原坯板带轧制成特种合金箔；所述特种合金箔的厚度为0.05mm，宽度为180mm；

（5）将特种合金箔切缝整形后，拉伸扩展成特种合金箔网，将特种合金箔网叠制成形，得到蜂窝状特种合金阻隔抑爆材料；所述切缝长度为16mm，相邻切缝间距为2mm。