CN115178599A - 铝钯双金属丝及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝钯双金属丝及其制备方法、应用，涉及爆破材料制备技术领域。包括采用连续定向凝固法制备铝杆，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，将铝丝在含钯介质中化学电镀得到镀钯铝丝，对镀钯铝丝进行冷拉拔。通过对铝杆进行拉拔丝制得铝丝，再将铝丝在含钯介质中进行化学电镀后，对得到的镀钯铝丝进行冷拉拔，该生产工艺较现有技术明显缩短，可以更高效地制得铝钯双金属丝，能够适用于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及爆破材料制备技术领域，具体而言，涉及一种铝钯双金属丝及其制备方法、应用。
背景技术
铝钯双金属丝是用铝和钯两种金属加工为一体的复合型丝材，具有在数毫秒内引燃固体燃料、瞬间温度高、引爆时不需氧气、使用安全可靠等显著优点，广泛应用于水下、地下、高空及真空中等工况的引爆。
目前生产铝钯双金属丝要经过真空熔炼、坩埚熔铸铝合金、模锻、轧制、拉拔、热处理、冷拉、热处理、冷拉将铝合金芯棒放入钯管、冷拉拔、热处理等多道工序。使得制备铝钯双金属丝的工艺流程长、工艺烦琐、生产成本高，严重制约了其进一步推广和应用。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝钯双金属丝及其制备方法、应用，该方法工艺流程简单，操作方便，能够显著提高铝钯双金属丝的生产效率，降低铝钯双金属丝的生产成本。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种铝钯双金属丝的制备方法，包括采用连续定向凝固法制备铝杆，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，将铝丝在含钯介质中化学电镀得到镀钯铝丝，对镀钯铝丝进行冷拉拔。
在可选的实施方式中，连续定向凝固法包括将原料铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化后，在铸型出口对熔体铝冷却，再精密连铸。
在优选的实施方式中，熔化温度为700～800℃，精密连铸的拉坯速度为350～500mm/min，冷却为喷水冷却，熔体铝在铸型出口冷却后的温度低于50℃。
在优选的实施方式中，原料铝包括纯铝或铝合金的任一种，更优选为纯铝。
在优选的实施方式中，铝杆的直径为4～12mm。
在可选的实施方式中，铝杆拉拔成铝丝的方法包括将铝杆置于盘拉机上进行盘拉。
在优选的实施方式中，拉拔速度为350～900m/min，铝丝的直径为50～100μm，每道次拉拔的变形量为6～10％，拉丝在室温条件下进行，例如，温度为15～30℃。
在可选的实施方式中，含钯介质包括钯盐、络合剂、添加剂、导电盐和pH稳定剂，钯盐包括草酸二氨钯或二氯二氨基钯的任一种、络合剂包括乙二胺或异丁醇胺的任一种、添加剂包括甲基丙烯酸或丁烯酸的任一种，导电盐包括苯甲酸钠或对甲苯亚磺酸钠的任一种，pH稳定剂包括氢氧化铵或氯化铵的任一种。
优选地，钯在铝丝上的电镀速度为30～100m/min，电镀时间为10～20min，电镀的电压为6～10V，钯的镀层厚度为1.2～5μm。
在可选的实施方式中，铝丝在进行电镀前还包括将铝丝进行酸洗和除酸。
在优选的实施方式中，酸洗包括将铝丝置于酸溶液中浸泡。
在优选的实施方式中，酸溶液包括盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或硼酸的任一种。
优选地，除酸包括采用超声水洗除酸，超声时间为10～30min。
在可选的实施方式中，还包括对镀钯铝丝进行洗涤和干燥。
洗涤为超声水洗，干燥为风干。
在可选的实施方式中，冷拉拔包括将镀钯铝丝置于盘拉机上盘拉。
优选地，冷拉拔的镀钯铝丝的总变形量为5～30％，拉拔速度为250～500m/min，更优选为300～500m/min。
第二方面，本发明提供一种铝钯双金属丝，由前述实施方式任一项的制备方法制得，按重量比计包括铝6.7～89.1wt％，钯10.9～93.3wt％。
在可选的实施方式中，铝钯双金属丝的直径≤100μm。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的制备方法制得的铝钯双金属丝或如前述实施方式的铝钯双金属丝在燃料和爆破领域中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种铝钯双金属丝及其制备方法、应用，通过对铝杆进行拉拔丝制得铝丝，再将铝丝在含钯介质中进行化学电镀后，对得到的镀钯铝丝进行冷拉拔，该生产工艺较现有技术明显缩短，可以更高效地制得铝钯双金属丝，生产效率提高了20％以上，生产成本降低了10％以上，能够适用于大规模工业生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
铝钯双金属丝是用铝和钯两种金属加工为一体的复合金属丝材，具有在数毫秒内引燃固体燃料、瞬间温度高、引爆时不需氧气和使用安全可靠等优点，广泛应用于水下、地下、高空及真空中等多种工况的引爆。但是目前铝钯双金属丝存在制备工艺流程复杂、生产成本高等缺点，限制了其进一步的推广和使用，因此发明人经过长期研究，并提出如下解决方案，以解决上述提到的任一问题。
第一方面，本发明提供一种铝钯双金属丝的制备方法，包括采用连续定向凝固法制备铝杆，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，将铝丝在含钯介质中化学电镀得到镀钯铝丝，对镀钯铝丝进行冷拉拔。
本发明通过将铝杆进行拉拔丝制得铝丝，再将铝丝在含钯介质中进行化学电镀后，对得到的镀钯铝丝进行冷拉拔，该生产工艺较现有技术明显缩短，可以更高效地制得铝钯双金属丝，同时将铝杆进行拉拔丝后得到的铝丝进行电镀，可以增加钯在铝表面的附着均匀度，提高钯的含量，能够适用于大规模工业生产。此外，根据金属物理学观点，钯与铝紧密接触的界面上会发生原子的相互扩散，在温度低于250℃时，扩散较缓慢，释放出少量热量，如果给钯铝双金属丝通电流，其铝芯的温度升到660℃，即达到铝的熔点，原子扩散速度急剧增加，铝的价电子跃迁到过渡族金属钯的4d能带上，并释放出大量热量，瞬间温度达到2200～2800℃，将其作为爆破的材料具有较高的应用价值。
在可选的实施方式中，连续定向凝固法包括将原料铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化后形成熔体铝，在铸型出口对熔体铝冷却，再精密连铸。
在优选的实施方式中，熔化温度为700～800℃，精密连铸的拉坯速度为350～500mm/min，冷却为喷水冷却，熔体铝在铸型出口冷却后的温度低于50℃。
较佳地，熔化温度为730～750℃，精密连铸的拉坯速度为400～450mm/min。
优选地，原料铝包括纯铝或铝合金的任一种，更优选为纯铝。其中铝合金包括铝锌合金、镁铝合金等的至少一种。
优选地，铝杆的直径为4～12mm。例如，铝杆的直径可以是4mm、6mm、8mm、10mm和12mm。根据不同铝钯双金属丝的需要，铝杆的直径也可以稍作调整。
现有技术中在制备铝钯双金属丝时，需要将原料铝进行真空熔炼、坩埚熔铸铝合金、模锻、轧制、拉拔、热处理、冷拉、热处理和冷拉等复杂工艺。其中需要经过模锻、轧制、拉拔、热处理、冷拉等工艺才能获得铝合金芯棒，造成了铝钯双金属丝的合成工艺复杂。本发明通过连续定向凝固法直接将原料铝制成铝杆，省去了铝合金芯棒的模锻、轧制、拉拔、热处理、冷拉等工序，极大地节约了铝钯双金属丝的制备工艺，缩短了工艺流程。
在可选的实施方式中，为了增加金属钯的含量，使金属钯能够均匀的附着在铝的表面，铝杆拉拔成铝丝的方法包括将铝杆置于盘拉机上进行盘拉。
在优选的实施方式中，拉拔速度为350～900m/min，铝丝的直径为50～100μm，每道次拉拔的变形量为6～10％，拉丝在室温条件下进行，例如，温度为15～30℃。
更优选地，拉拔速度为450～600m/min。
在可选的实施方式中，含钯介质为含钯溶液，具体包括钯盐、络合剂、添加剂、导电盐和pH稳定剂等。钯盐包括草酸二氨钯或二氯二氨基钯的任一种、络合剂包括乙二胺或异丁醇胺的任一种、添加剂包括甲基丙烯酸或丁烯酸的任一种，导电盐包括苯甲酸钠或对甲苯亚磺酸钠的任一种，pH稳定剂包括氢氧化铵或氯化铵的任一种。其中，络合剂、添加剂、导电盐和pH稳定剂可以是市售的常规材料，只要能够将钯电镀在铝丝上即可。
优选地，钯在铝丝上的电镀速度为30～100m/min，电镀时间为10～20min，电镀的电压为6～10V，钯的镀层厚度为1.2～5μm。
在可选的实施方式中，为了除去铝丝表面的氧化物，使其表面具有轻微的腐蚀，增加表面粗糙度，从而提高铝和钯的结合能力，减少镀层脱离的现象，铝丝在电镀前还包括将铝丝进行酸洗，并在酸洗后进行除酸。
优选地，酸洗包括将铝丝置于酸溶液中浸泡。
优选地，酸包括盐酸、硫酸、硝酸或硼酸的任一种。
优选地，为了防止酸液对金属的持续腐蚀，除酸包括采用超声水洗除酸，超声时间为10～30min。
在可选的实施方式中，还包括对镀钯铝丝进行洗涤和干燥，以去除镀钯铝丝表面残余的含钯介质。
优选地，洗涤为超声水洗，干燥为风干。
在可选的实施方式中，为了提高钯和铝的连接性能，冷拉拔包括将镀钯铝丝置于盘拉机上盘拉。
优选地，冷拉拔的镀钯铝丝的总变形量为5～30％，拉拔速度为300～500m/min。
第二方面，本发明提供一种铝钯双金属丝，由前述实施方式任一项的制备方法制得，按重量比计包括铝6.7～89.1wt％，钯10.9～93.3wt％。
在可选的实施方式中，铝钯双金属丝的直径≤100μm。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的制备方法制得的铝钯双金属丝或如前述实施方式的铝钯双金属丝在燃料爆破领域中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种直径为83μm的铝钯双金属丝，按重量比计包括铝30.8wt％，钯69.2wt％，其制备方法如下：
S1、制备铝杆
采用连续定向凝固法制备铝杆，包括：以纯铝为原料，将纯铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化为熔体后，在铸型出口对熔体铝冷却，再对熔体铝进行精密连铸。
其中，熔化的温度为700℃，精密连铸的拉坯速度为350mm/min，冷却为喷水冷却，熔体铝在铸型出口冷却后的温度为40℃，铝杆的直径为8mm。
S2、铝丝的制备
将铝杆置于盘拉机上，设置参数为每道次拉拔变形量为10％，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，拉拔速度为350m/min，铝丝的直径为80μm。
S3、化学电镀
将铝丝置于硝酸溶液中浸泡进行酸洗，然后采用超声水洗除酸，超声时间为10min。
将除酸后的铝丝在草酸二氨钯、乙二胺、甲基丙烯酸、苯甲酸钠、氢氧化铵中化学电镀得到镀钯铝丝，钯在铝丝上的电镀速度为30m/min，电镀时间为15min，电镀的电压为6V，钯的镀层厚度为3μm。
对镀钯铝丝进行超声水洗和吹干，以去除镀钯铝丝表面残余的含钯介质。
S4、冷拉拔
将镀钯铝丝冷拉拔处理，其中镀钯铝丝的变形量为30％，拉拔速度500m/min。
实施例2
本实施例提供了一种直径为80μm的铝钯双金属丝，按重量比计包括铝54.4wt％，钯45.6wt％，其制备方法如下：
S1、制备铝杆
采用连续定向凝固法制备铝杆，包括：以纯铝为原料，将纯铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化为熔体后，在铸型出口对熔体铝冷却，再对熔体铝进行精密连铸。
其中，熔化的温度为700℃，精密连铸的拉坯速度为350mm/min，冷却为喷水冷却，熔体铝在铸型出口冷却后的温度为30℃，铝杆的直径为8mm。
S2、铝丝的制备
将铝杆置于盘拉机上，设置参数为每道次拉拔变形量为8％，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，拉拔速度为350m/min，铝丝的直径为80μm。
S3、化学电镀
将铝丝置于硫酸溶液中浸泡进行酸洗，然后采用超声水洗除酸，超声时间为30min。
将除酸后的铝丝在二氯二氨基钯、异丁醇胺、丁烯酸、对甲苯亚磺酸钠、氯化铵中化学电镀得到镀钯铝丝，钯在铝丝上的电镀速度为30m/min，电镀时间为20min，电镀的电压为10V，钯的镀层厚度为2μm。
对镀钯铝丝进行超声水洗和吹干，以去除镀钯铝丝表面残余的含钯介质。
S4、冷拉拔
将镀钯铝丝冷拉拔处理，其中镀钯铝丝的变形量为5％，拉拔速度300m/min。
实施例3
本实施例提供了一种直径为80μm的铝钯双金属丝，按重量比计包括铝88.8wt％，钯11.2wt％，其制备方法如下：
S1、制备铝杆
采用连续定向凝固法制备铝杆，包括：以纯铝为原料，将纯铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化为熔体后，在铸型出口对熔体铝冷却，再对熔体铝进行精密连铸。
其中，熔化的温度为700℃，精密连铸的拉坯速度为350mm/min，冷却为喷水冷却，熔体铝在铸型出口冷却后的温度为20℃，铝杆的直径为8mm。
S2、铝丝的制备
将铝杆置于盘拉机上，设置参数为每道次拉拔变形量为6％，将铝杆进行拉拔丝得到铝丝，拉拔速度为350m/min，铝丝的直径为80μm。
S3、化学电镀
将铝丝置于硼酸溶液中浸泡进行酸洗，然后采用超声水洗除酸，超声时间为15min。
将除酸后的铝丝在草酸二氨钯、异丁醇胺、丁烯酸、对甲苯亚磺酸钠、氯化铵中化学电镀得到镀钯铝丝，钯在铝丝上的电镀速度为30m/min，电镀时间为15min，电镀的电压为7V，钯的镀层厚度为0.5μm。
对镀钯铝丝进行超声水洗和吹干，以去除镀钯铝丝表面残余的含钯介质。
S4、冷拉拔
将镀钯铝丝冷拉拔处理，其中镀钯铝丝的变形量为20％，拉拔速度400m/min。
对比例1
本对比例提供了一种铝钯双金属丝，其制备方法包括：
采用真空中频炉熔炼→石墨坩埚熔铸铝合金→铝铸锭经过模锻→轧制→拉拔→热处理→冷拉→热处理→冷拉成所需尺寸的铝芯棒，将铝芯棒放入钯管中，采用冷拉拔加工方法制成84μm的铝钯双金属丝材。
试验例1
将实施例1～3和对比例1制得的铝钯双金属丝进行力学和物理性能检测，检测方法包括：GB/T228.1-2010和GB/3048.2-2007，得到如下表1所示结果。
表1性能测试
根据表1可知，采用本发明制备的铝钯双金属丝材性能与现有技术相比，性能相当，但每公斤铝钯双金属丝材生产成本降低了12％以上，制备时间缩短了至少35％以上，显著提高了铝钯双金属丝的生产效率。
本发明实施例提供的一种铝钯双金属丝及其制备方法、应用，其至少具有如下优点：
本发明通过将铝杆进行拉拔丝制得铝丝，再将铝丝在含钯介质中进行化学电镀后，对得到的镀钯铝丝进行冷拉拔，该生产工艺较现有技术明显缩短，可以更高效地制得铝钯双金属丝，同时将铝杆进行拉拔丝后得到的铝丝进行电镀，可以增加钯在铝表面的附着均匀度，提高钯的电镀附着量。经检测，本发明通常的制备方法在生产铝钯双金属丝时，生产效率提高了20％以上，生产成本降低了10％以上，该方法对铝钯双金属丝的简单化生产提供了新的思路。
本发明通过连续定向凝固法直接将原料铝制成铝杆，省去了铝合金芯棒的模锻、轧制、拉拔、热处理、冷拉等工序，极大地节约了铝钯双金属丝的制备工艺，缩短了工艺流程。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝钯双金属丝的制备方法，其特征在于，包括采用连续定向凝固法制备铝杆，将所述铝杆进行拉拔丝得到铝丝，将所述铝丝在含钯介质中化学电镀得到镀钯铝丝，对所述镀钯铝丝进行冷拉拔。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连续定向凝固法包括将原料铝在真空熔炼氩气保护连铸杆坯装置内熔化后，在铸型出口对熔体铝冷却，再精密连铸；
优选地，所述熔化温度为700～800℃，所述精密连铸的拉坯速度为350～500mm/min，所述冷却为喷水冷却，所述熔体铝在铸型出口冷却后的温度低于50℃；
优选地，所述原料铝包括纯铝或铝合金的任一种，更优选为纯铝；
优选地，所述铝杆的直径为4～12mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝杆拉拔成铝丝的方法包括将所述铝杆置于盘拉机上进行盘拉；
优选地，所述拉拔速度为350～900m/min，所述铝丝的直径为50～100μm，每道次拉拔的变形量为6～10％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含钯介质包括钯盐、络合剂、添加剂、导电盐和pH稳定剂；
优选地，钯在铝丝上的电镀速度为30～100m/min，电镀时间为10～20min，电镀的电压为6～10V，所述钯的镀层厚度为1.2～5μm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铝丝在电镀前还包括将铝丝进行酸洗和除酸；
优选地，所述酸洗包括将铝丝置于酸溶液中浸泡；
优选地，所述酸包括盐酸、硫酸、硝酸或硼酸的任一种；
优选地，所述除酸包括采用超声水洗除酸，超声时间为10～30min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括对所述镀钯铝丝进行洗涤和干燥；
所述洗涤为超声水洗，所述干燥为风干。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷拉拔包括将所述镀钯铝丝置于盘拉机上盘拉；
优选地，所述冷拉拔的镀钯铝丝的总变形量为5～30％，拉拔速度300～500m/min。
8.一种铝钯双金属丝，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制得，按重量比计包括铝6.7～89.1wt％，钯10.9～93.3wt％。
9.根据权利要求8所述的铝钯双金属丝，其特征在于，所述铝钯双金属丝的直径≤100μm。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的铝钯双金属丝或如权利要求8或9所述的铝钯双金属丝在燃料爆破领域中的应用。
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