铝基水反应活性材料制备及性能研究.pdf

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1、铝基水反应活性材料制备及性能研究王传华2015年12月中图分类号：TQ519UDC分类号：662铝基水反应活性材料制备及性能研究作者姓名王传华学院名称材料学院指导教师郭晓燕副教授答辩委员会主席杨荣杰教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月PreparationandPropertiesofAluminum-basedHydro-reactiveMaterialsCandidateName：WangChuanhuaSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFaculty

2、Mentor:associateProf.GuoXiaoyanChair,ThesisCommittee：Prof.YangRongjieDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰

3、写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要本文通过高能球磨法制备了一系列活性铝基材料，通过扫描电镜、粒度分布、比表面积分析以及热失重分析等技术手段对球磨活性铝基材料的物理化学性质进行了表征和分析。研究表明，高能球磨是一种有效提高铝基材料活性的方法，将低熔点金属铋与铝粉共同球磨制备得到的活性铝基材料具有更好的水反应活性，反应速率高达210.7mL⋅min-1⋅g-1，反应产率可达71.2%，能在短时间内反应完全。球磨铝基

4、-Bi材料是一种能与海水发生快速反应的活性铝基材料，它的水解速率和效率受到多重因素的影响。本文研究了该材料在海水中的水解性能，研究了添加剂Bi含量、铝/水质量比、初始水温、不同水介质对该体系水解反应的影响。结果表明，初始水温越高，反应速率和效率越高，越有利于水解反应进行；添加剂Bi含量的增加能使水解反应速率和效率明显增大，但当添加剂Bi含量超过5wt%后，再增加添加剂Bi的量对铝基材料水解反应没有明显的提升作用；铝/水质量比的减小有利于前期反应速率提高，但对反应效率的提高无益，而铝/水质量比过高则反应效率和反应速率同时减少，反应效率最高的比例为1:60；球磨铝基-Bi材料在

5、4%NaCl溶液的起始反应速率大于在海水中的起始反应速率，海水中的起始反应速率大于蒸馏水中的起始反应速率，而从反应产氢量来讲，球磨铝基-Bi材料在海水中的产氢量最多，其次是4%NaCl溶液，蒸馏水中的产氢量最少。低熔点金属Bi的添加能大幅度提高铝基材料的反应活性，本文通过SEM、XPS、XRD等手段分析表征了球磨铝基-Bi材料及其与海水反应不同阶段的水解产物。结果表明，球磨的过程能剥离铝粉表面的氧化层，并形成一种层片状结构，这种结构增大了粉体的比表面积，增大了与水的接触面积，有利于反应的进行；Bi均匀的嵌入在Al的表面，一方面，Bi与海水反应转化为(BiO)2OHCl时破坏

6、了金属铝的表面氧化层，有利于铝与海水的接触反应，另一方面，Al-Bi开路电势小于纯Al开路电势，反应发生所需能垒降低，有利于离子电子交换形成众多微电池反应，促进反应进行。最后，将制备的高活性铝基-Bi材料、球磨铝粉和原料铝粉应用到水反应金属燃料推进剂中，研究了高活性铝基-Bi材料，球磨铝粉和原料铝粉对水反应金属燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明：高能球磨制备的铝粉在水反应金属燃料的燃烧中具有更高的燃烧效率，添加了低熔点金属Bi球磨制备的铝基材料燃烧效率得到进一步提高，燃烧效果更好。关键词：高能球磨；铝；铋；活性铝基材料；水反应金属燃料IAbstractAseriesofac

7、tivatedaluminum-basedmaterialswerepreparedbyhigh-energyballmillinginargonatmosphere.Scanningelectronmicroscopy(SEM),particlesizedistributiontest,specificsurfacetest(BET)andthermalgravimetric(TG)wereusedtocharacterizethepropertiesofactivatedaluminum-basedmateri