RU2637732C1 - Способ активации нанопорошка алюминия - Google Patents
Способ активации нанопорошка алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637732C1 RU2637732C1 RU2016142876A RU2016142876A RU2637732C1 RU 2637732 C1 RU2637732 C1 RU 2637732C1 RU 2016142876 A RU2016142876 A RU 2016142876A RU 2016142876 A RU2016142876 A RU 2016142876A RU 2637732 C1 RU2637732 C1 RU 2637732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- nanopowder
- powder
- temperature
- heated
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Abstract
Изобретение относится к активации нанопорошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки, и может быть использовано при приготовлении твердых ракетных топлив, пиротехнических составов, интерметаллидов алюминия и порошковых сплавов. Пассиваируют нанопорошок алюминия воздухом, содержащим пары воды, затем пассивированный нанопорошок алюминия нагревают до 300-400°C в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°C/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин. Обеспечивается повышение теплового эффекта окисления. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к специальной обработке для улучшения свойств нанопорошков алюминия, и может быть использовано при приготовлении твердых ракетных топлив, пиротехнических составов, интерметаллидов алюминия и порошковых сплавов.
Известен способ получения нанопорошка металла с повышенной запасенной энергией [RU 2535109 С2, МПК B22F 1/00 (2006.01), B82Y 40/00 (2011.01), опубл. 10.12.2014], включающий облучение образца нанопорошка металла потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме с обеспечением положительного заряда внутренней части наночастицы металла, при этом облучению подвергают образец нанопорошка металла, толщина которого не превышает длину пробега электронов.
Недостатками этого способа является использование дорогостоящего оборудования - ускорителя электронов и опасность облучения персонала при проведении процессов по активации нанопорошков.
Известен способ активации порошков алюминия [RU 2086355 С1, МПК6 B22F 1/00, опубл. 10.08.1997], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что порошки алюминия, полученные методом электрического взрыва проволок, погружают в органические растворители и выдерживают в них в течение 5-24 ч. Молекулы органических растворителей проникают в объемы частиц порошка алюминия и разрушают их до субфрагментов (эффект Ребиндера), которые вследствие этого имеют более высокую химическую активность, но их способность к самоспеканию в значительной степени блокирована адсорбированными молекулами органических растворителей.
Недостатками такого способа являются использование органических растворителей и необходимость обработки ими в течение длительного времени.
Предлагаемое изобретение позволяет решить техническую проблему активации нанопорошка алюминия, полученного в условиях электрического взрыва алюминиевого проводника, путем повышения запасенной энергии в нем.
В предложенном способа активации нанопорошка алюминия, также как в прототипе, используют порошок, полученный электрическим взрывом алюминиевой проволоки.
Согласно изобретению порошок алюминия, пассивированный малыми добавками воздуха, нагревают до 300-400°С в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°С/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин.
Причиной повышения запасенной энергии является накопление молекулярного водорода в межкристаллитных промежутках (на границах кристаллитов) в процессе пассивирования нанопорошка алюминия малыми добавками воздуха, содержащего пары воды. Основной окислитель алюминия - вода, содержащаяся в воздухе: после адсорбции на поверхности наночастицы вода диссоциирует на Н+ и OH-. Протоны, благодаря малому диаметру, проникают через слой оксида и окисляют алюминий, переходя в атомы и молекулы водорода, которые накапливаются в межкристаллитном пространстве. При нагревании до 300-400°С происходит расширение газа в 2,25 раз и разрушение кристаллитов до величины кристаллитов-кластеров. В результате разрушения увеличивается величина площади удельной поверхности кластеров и происходит запасание энергии нанопорошком, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа (фиг. 1): размер областей когерентного рассеяния (кластеров) в отожженном при температуре 300°С образце уменьшился в 1,54 раз (с 23,7 нм до 15,3 нм) в сравнении с исходным порошком алюминия. Накопление большого количества водорода (1,5 мас. %) на границах раздела кристаллитов приводит к разрушению наночастиц и активации порошка.
На фиг. 1 представлена дифрактограмма исходного нанопорошка алюминия и нанопорошка алюминия после активации отжигом.
На фиг. 2 представлена термограмма электровзрывного нанопорошка алюминия до прогревания, где кривая 1 отражает динамику изменения веса при нагревании, кривая 2 отражает температуру при проведении термоанализа, кривая 3 - разность температур между образцом и эталоном прибора (α-Al2O3), кривая 4 - тепловой поток при нагревании.
На фиг. 3 приведена термограмма электровзрывного нанопорошка алюминия после изотермического нагрева в воздухе при температуре 400°С со скоростью нагрева 20°С/мин в течение 30 мин, где кривая 1 отражает изменение веса образца при нагревании, кривая 2 указывает температуру в ячейке термоанализатора при проведении термоанализа, кривая 3 - разность температур между образцом и эталоном прибора (а-Al2O3), кривая 4 - тепловой поток при нагревании.
В таблице приведены примеры параметров результатов активации нанопорошка алюминия.
Был использован электровзрывной нанопорошок алюминия, пассивированный малыми добавками воздуха марки Alex, с площадью удельной поверхности 14 м2/г и содержанием металлического алюминия 91 мас. %. Образцы нанопорошка по 1 г нагревали в сушильном шкафу SNOL 67/350Н с регулятором температуры РПН-4 со скоростью нагрева 2°-30°С/мин до соответствующей температуры (таблица 1) и выдерживали при этой температуре в течение 30 мин. После охлаждения до комнатной температуры образцы прогретого нанопорошка подвергали дифференциальному термическому анализу (термоанализатор SDT Q 600) и рентгеноструктурному анализу (дифрактометр Shimadzu XRD 7000, картотека PDF 4+).
Согласно полученным данным, относительно исходного образца нанопорошка (табл. 1, образец №0, фиг. 2), прогрев при 100° и 200°С дает прирост энергии менее 1% (табл. 1, образцы №1, 2). При повышении температуры до 300°С тепловой эффект возрос на 46% с небольшим ростом после прогрева при 400°С (фиг. 3 и табл. 1, образец №7). Дальнейший рост температуры прогрева приводит к окислению нанопорошка алюминия, т.е. такой прогрев не приводит к реализации технического эффекта (табл. 1, образцы №10, 11).
До температуры прогрева 300°С образцы по 1 г нанопорошка алюминия нагревали с различной скоростью: от 2 до 30°С/мин (табл. 1, образцы №3-8). Установлено (табл. 1, образцы №4, 5), что при скорости нагрева 5 и 10°С/мин максимальный прирост энергии равен 1,0%. Нагрев со скоростью 10°С/мин привел к повышению энергии на 46%, а рост скорости нагрева до 30°С/мин (табл. 1, образец №8) повысил энергию при окислении нанопорошка алюминия лишь на 0,03% в сравнении с энергией образца, нагретого со скоростью 20°С/мин (табл. 1, образец №7), то есть увеличение скорости нагрева выше 20°С/мин не приводит к значительной активации нанопорошка алюминия.
Claims (1)
- Способ активации нанопорошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки, отличающийся тем, что проводят пассивацию нанопорошка алюминия воздухом, содержащим пары воды, затем пассивированный нанопорошок алюминия нагревают до 300-400°C в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°C/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142876A RU2637732C1 (ru) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | Способ активации нанопорошка алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142876A RU2637732C1 (ru) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | Способ активации нанопорошка алюминия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2637732C1 true RU2637732C1 (ru) | 2017-12-06 |
Family
ID=60581315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016142876A RU2637732C1 (ru) | 2016-10-31 | 2016-10-31 | Способ активации нанопорошка алюминия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637732C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687121C1 (ru) * | 2018-11-28 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активации нанопорошка алюминия |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2086355C1 (ru) * | 1995-09-06 | 1997-08-10 | Институт химии нефти СО РАН | Способ активации металлических порошков |
JPH10256528A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Agency Of Ind Science & Technol | レーヤードアルミニウム微粒子の生成法及びその応用 |
RU2371284C2 (ru) * | 2007-12-20 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Порошок активированного алюминия, способ его получения, устройство для реализации способа и блок управления устройством |
RU2407610C1 (ru) * | 2009-05-06 | 2010-12-27 | Сергей Владиславович Змановский | Способ пассивирования тонкого порошка алюминия |
WO2012164288A2 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Intrinsiq Materials Limited Uk | Fine particles |
RU2535109C2 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
-
2016
- 2016-10-31 RU RU2016142876A patent/RU2637732C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2086355C1 (ru) * | 1995-09-06 | 1997-08-10 | Институт химии нефти СО РАН | Способ активации металлических порошков |
JPH10256528A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Agency Of Ind Science & Technol | レーヤードアルミニウム微粒子の生成法及びその応用 |
RU2371284C2 (ru) * | 2007-12-20 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Порошок активированного алюминия, способ его получения, устройство для реализации способа и блок управления устройством |
RU2407610C1 (ru) * | 2009-05-06 | 2010-12-27 | Сергей Владиславович Змановский | Способ пассивирования тонкого порошка алюминия |
WO2012164288A2 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Intrinsiq Materials Limited Uk | Fine particles |
RU2535109C2 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687121C1 (ru) * | 2018-11-28 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активации нанопорошка алюминия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jose et al. | Synthesis and characterization of Pd (0), PdS, and Pd@ PdO core–shell nanoparticles by solventless thermolysis of a Pd–thiolate cluster | |
Johnson et al. | Grain growth in uranium nitride prepared by spark plasma sintering | |
Kim et al. | Synthesis and improved explosion behaviors of aluminum powders coated with nano-sized nickel film | |
Korshunov | Influence of dispersion aluminum powders on the regularities of their interaction with nitrogen | |
Menapace et al. | Spark plasma sintering behaviour of copper powders having different particle sizes and oxygen contents | |
Pivkina et al. | Plasma synthesized nano-aluminum powders: structure, thermal properties and combustion behavior | |
RU2637732C1 (ru) | Способ активации нанопорошка алюминия | |
Kwon et al. | Properties of powders produced by electrical explosions of copper–nickel alloy wires | |
JP5525301B2 (ja) | 金属微粒子・金属酸化物微粒子の製造方法、金属微粒子・金属酸化物微粒子、並びに金属含有ペーストおよび金属膜・金属酸化物膜 | |
Lerner et al. | Passivation of aluminum nanopowders for use in energetic materials | |
Urbonavicius et al. | Generation of Hydrogen through the Reaction between Plasma‐Modified Aluminum and Water | |
Mostovshchikov et al. | The energy stored in the aluminum nanopowder irradiated by electron beam | |
De Bona et al. | Synthesis of nanostructured ThO2 pellets | |
Zou et al. | Nanopowder production by gas-embedded electrical explosion of wire | |
Gazanfari et al. | Synthesis of aluminium nanoparticles by arc evaporation of an aluminium cathode surface | |
Safronov et al. | Self-stabilization of aqueous suspensions of alumina nanoparticles obtained by electrical explosion | |
Serga et al. | EPM fine-disperse platinum coating on powder carriers | |
Komarov et al. | Processes proceeding in high-energy systems comprising nanodimensional aluminum and other nanometals | |
Pervikov et al. | Synthesis of Bimetal Fe–Pb Janus Nanoparticles via the Electric Explosion of Iron and Lead Conductors | |
Borisov et al. | Thermostimulated transformations of highly disperse powders of platinum group metals in an argon atmosphere | |
RU2535109C2 (ru) | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией | |
Kotov et al. | Forming a carbide coating on the surface of aluminum nanoparticles and producing nanopowders from Al-Al 4 C 3 using the method of electric explosion of wire | |
Larionov et al. | The influence of nanoxide additives on the characteristics of thermal decomposition of ammonium nitrate | |
Alymov et al. | Passivation of iron nanopowders at temperatures below 0° C in a dry air atmosphere | |
Aganyan et al. | Electro Spark Synthesis of α-WC Powder and Study of Its Phase Transformations upon Annealing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201101 |