[发明专利]一种铝铁钇硼四元合金粉及制备方法

说明书

本发明公开一种铝铁钇硼四元合金粉及其制备方法。选用高热值燃料硼、具有助燃特性的元素钇以及增加密度并且成本较低的元素铁与铝进行合金化。采用感应熔炼制成合金块，再通过破碎机破碎及间歇式球磨制备得到200目的铝基Al‑Fe‑Y‑B四元合金粉。这种合金粉兼具高密度和高热值，有望应用于火箭推进剂、火炸药和烟火药中，增加热值和密度。该方法采用感应熔炼制备合金块，后续采用破碎机破碎及行星式球磨机间歇球磨制得合金粉，设备和工艺较简单、成本较低，所制备得到的四元合金粉应用到含能材料中，有望改善含能材料的装药密度和燃烧性能。

技术领域

本发明涉及一种铝铁钇硼四元合金粉及制备方法，属于含能材料领域。

背景技术

在含能材料中，金属燃料占有十分重要的地位，金属燃料与氧化剂的反应，是提供枪炮弹丸发射以及火箭导弹推进的动力能源，是战斗部进行爆炸毁伤的威力能源，是实现烟幕干扰、燃烧毁伤的效应能源。常见的金属燃料有铝粉、硼粉、镁粉等。铝粉作为金属燃料应用最广泛的一种，具有较高的热值及一定的密度，其密度为2.7g·cm^-3。镁粉易于点火燃烧，但密度较小、热值较低，密度为1.74g·cm^-3。硼粉密度为2.34g·cm^-3，因其在燃烧过程中可释放大量热量，使推进剂获得高比冲而备受瞩目，硼的理论质量燃烧热为58.28kJ·g^-1，分别是镁和铝的2.3倍和1.9倍。对于有限容积的弹药战斗部装药，其装药密度越高，装填的药剂质量越大，而现有常用金属燃料铝粉、硼粉、镁粉均密度较低，因此需要在兼顾热值的同时发展高密度金属燃料。

单一金属燃料的理化性质是固定不变的，很难找到兼顾高密度高热值的单一金属燃料，Al、Mg等熔沸点较低、易点火、燃速快，将其与B、Si、Ti等高热值、高熔沸点、反应速率慢的燃料复合使用，既可以发挥燃料的高热值特性，又可以实现较好的点火和燃烧。

硼粉末燃烧需要较高的氧气含量，在较高的氧气压力下，硼颗粒的燃烧效率较高。由于氧化硼具有低熔点和高沸点(分别为450℃和1860℃，高温下的液态氧化硼层总是包裹在硼颗粒的表面上，阻碍了燃烧过程中氧气的渗透，因此硼颗粒难以点燃并且燃烧不完全。稀土金属具有高化学活性和较低的点火温度，并且稀土元素可以增强催化剂纳米粒子的分散性，降低反应活化能，从而提高氧化还原性能。

综上所述，现有单一金属燃料和合金燃料难以兼顾高热值和高密度特性，研发新型合金燃料，有效提高燃料密度和热值是需要解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有常用金属燃料铝粉、硼粉、镁粉密度较低，难以兼顾高密度和高热值的问题，提供铝铁钇硼四元合金粉及制备方法，用于提高含能材料的性能。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，以铝为基，选用高热值的燃料硼、具有助燃特性且密度较高的元素钇以及增加密度且成本较低的元素铁进行合金化，制备铝基Al-Fe-Y-B四元合金粉。

本发明采用的技术方案：铝铁钇硼四元合金粉化学式为Al_αFe_βY_γB_δ，其中35＜α＜75，3＜β＜15，γ＝1，9≤δ＜15，制备所用原材料为铝粒、铝铁合金块的铝铁质量比为4∶6、钇块、硼粉，且原材料纯度均大于99.5％。

铝铁钇硼四元合金粉的制备方法步骤如下：

步骤1：按Al_αFe_βY_γB_δ所示化学计量比计算需要的铝粒、铝铁中间合金块的铝铁质量比为4∶6、钇块、硼粉原料质量按配比称量；

步骤2：将称量的铝粒50％放入感应熔炼炉用的坩埚底部，在上面铺上硼粉，再加入剩余50％的铝粒，然后在最上层放上钇块、铝铁中间合金块；