含Al高熵涂层制备技术研究进展

高熵合金的研究从20世纪90年代开始逐步发展,其设计方法与常规合金不同,是由四种以上原子比例接近的元素组成的一种新型合金。由于高熵合金多种组元的协同效应,使其具有优异的性能特性如强度、耐磨性、热稳定性等,从而成为近年来研究的热点之一。含Al高熵材料不仅具有高硬度、强度的特点,其耐蚀性也较为优良,故可以利用其特性作为特殊环境下基材表面强化的涂层使用。针对含Al高熵涂层的制备技术,选取常用且具有代表性的制备方法如物理气相沉积、机械合金化法、高能束加工法等进行了综述;同时也介绍了新型的高熵涂层制备技术,如电阻缝焊、粉末预烧结联合电子束制备技术等。最后,针对高熵涂层的服役性能和应用,对其发展前景进行了展望和评述。

某RDX基含Al炸药发射安全性

用400 kg大型落锤实验和一级轻气炮实验研究了某RDX基含Al炸药(R-Al炸药)的发射安全性,获得了炸药装药在两种实验条件下的应力-时间曲线。进行了R-Al炸药与铸装B炸药发射安全性的比较。结果表明:R-Al炸药在大型落锤加载应力1.47 GPa、加载时间3.04 ms及一级轻气炮加载应力660 MPa、加载时间41μs条件下未发生点火;铸装B炸药在大型落锤加载应力840 MPa,加载时间2.10 ms及一级轻气炮加载应力394 MPa、加载时间40μs条件下发生点火,显示R-Al炸药的发射安全性优于铸装B炸药。

电泳沉积PVDF/Al/CuO复合含能薄膜及其燃烧性能研究

基于含氟聚合物的强氧化及含氟量高的特性,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表,通过电泳技术,采用石胆酸(LCA)作为表面活性剂,制备了PVDF/Al/CuO有机/无机杂化含能薄膜,并对其组分、结构、形貌及含能特性进行了系统的表征。结果表明:PVDF电泳沉积过程中石胆酸的最佳添加剂量为3mL(1wt%);当PVDF添加量为2wt%时,PVDF/Al/CuO复合薄膜的燃烧性能最好,热释放能量达3924J/g,远远高于Al/CuO的热释放能量。产生上述实验结果的主要原因是PVDF本身具有氧化特性,能够与铝发生化学反应,释放热量;此外,PVDF热分解产生的氟能够腐蚀铝表面的钝化膜,进而释放活性铝,极大提升了Al/CuO体系的能量释放效果。

Al基含能薄膜设计及电爆性能研究

为探究不同材料Al基含能薄膜在低能爆炸箔起爆系统中的电爆性能,对Al基含能薄膜的厚度、桥区形状和尺寸进行了仿真设计,优选出最佳桥区形状,在此基础上通过电爆试验及高速摄影对Al/Ni、Al/Ti、Al/Cu、Al/CuO4种Al基含能薄膜的电爆性能及发火过程进行了对比研究。结果表明:Al/Ti薄膜综合性能最佳,具有较大的沉积能量、能量利用率和桥区电流密度,同时最佳起爆电压适中、火焰高度较高、持续时间较长;Al/Ni薄膜所需最佳起爆电压最小,但作用能力较差;Al/CuO薄膜具有最佳作用能力,但所需最佳起爆电压较大;Al/Cu薄膜的电爆性能最不突出。

含Al中锰TRIP钢原始组织对临界退火后组织与力学性能的影响

利用Factsage软件、SEM、XRD等研究了不同原始组织的0.2C-5.0Mn-0.5Si-1.0Al中锰TRIP钢经临界区退火处理后的显微组织与力学性能。结果表明,经热力学计算、设计的不同预处理工艺处理后试验钢的组织分别为:铁素体+块状残留奥氏体(700℃预处理10 min)、铁素体+马氏体+少量残留奥氏体(800℃预处理5 min)和马氏体+少量碳化物(900℃预处理5 min)。不同预处理工艺处理后试样能获得不同形貌的残留奥氏体,700℃预处理+临界退火试样得到块状残留奥氏体,其他两种工艺下为膜状残留奥氏体。800℃预处理+临界退火试样拥有最佳力学性能,屈服强度为840 MPa,抗拉强度为1121.5 MPa,伸长率为33.25%,强塑积达到37.29 GPa·%。残留奥氏体形貌对中锰钢的加工硬化性能有显著影响,700℃预处理+临界退火试样的块状残留奥氏体稳定性较差,表现出高的加工硬化率,但持续区间较短;而800℃预处理+临界退火试样的膜状残留奥氏体稳定性更好,试样呈现较高的加工硬化率且持续区间较长。

高Al含量PTFE基材料爆炸冲击压缩特性及反应行为

针对PTFE/Al含能材料在战斗部中的应用需求,研究其在爆炸冲击加载下的压缩特性及反应行为.利用炸药透镜产生平面波加载含能材料的方法,通过锰铜压阻传感器测量被加载的PTFE/Al(质量分数50%,50%)含能材料内的不同位置处压力时间关系.根据测量数据,得到材料Hugoniot曲线、Murnagham等熵方程与Grüneisen状态方程.结果表明,PTFE/Al含能材料的冲击反应有延迟现象,反应延迟时间在1.0~2.6μs之间,爆炸冲击载荷引发材料反应的最小压力在11.93~17.98 GPa之间.

含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

表面生成Al_(2)O_(3)保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al_(x)Si_(0.05)Nb_(0.15)-Fe_(8.7)Ni_(3.0)Mn_(0.3)-Cr_(3.6x)Mo_(0.2)(x=_(0.8),1.0和1.1)和Al_(1)Si_(0.05)Nb_(0.15)-Fe_(11.7y)Ni_(y)Mn_(0.3)-Cr_(2.6)Mo_(0.2)(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为_(3.0)的16原子团簇式,Al含量为_(0.8)时为单相奥氏体;Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al_(0.8)(2.45%)和Al_(1)(_(3.0)8%)分别需要Ni_(3.0)(20.00%)和Ni_(3.2)(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)_(1)-(Fe,Ni,Mn)_(12)](Cr,Mo,W)_(3)。

超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析

不同于传统惰性材料的空间碎片防护结构,含能材料防护结构在超高速撞击下的冲击起爆特性是其防护能力得以提高的根本原因。PTFE/Al含能材料防护结构的冲击起爆特性改变了弹丸强冲击载荷下的破碎机制,弹丸内部的冲击压力对于分析含能材料在超高速撞击下的防护机理具有重要意义。对超高速撞击试验中回收的PTFE/Al防护结构后板进行损伤特性分析,获得了对应速度条件下弹丸的破碎特性。基于一维冲击波理论,分析PTFE/Al靶板在超高速撞击条件下的冲击响应过程,结合考虑化学反应效率的热化学反应模型,获得了弹丸在碰撞与爆炸联合作用下的载荷特性,通过与试验结果对比验证,获得该材料完全反应的临界撞击速度约为1800 m/s,弹丸的临界破碎速度为2875 m/s,小于铝防护结构中对应的临界破碎速度。给出了弹丸在PTFE/Al、铝两种防护结构中产生相同冲击压力时对应的临界速度,分别为弹道段的800 m/s和破碎段的3580 m/s。

多孔Fe_2O_3/Al复合含能材料的制备与表征

用溶胶-凝胶法结合超临界干燥法,制备了Fe2O3/Al复合含能材料。用SEM、XRD、BET等方法对Fe2O3/Al复合含能材料的结构进行了表征。结果表明,超临界法制备的Fe2O3/Al复合含能材料呈明显的纤维网络状结构;其中Al的平均粒径为40nm;比表面积为147.9m2/g,相比空白Fe2O3气凝胶明显下降,平均孔径为8nm,孔径分布比较均匀。

多层Al/Ni含能薄膜在电容放电激励下的能量释放特性和规律

为了研究Al/Ni含能薄膜的能量释放特性和规律,采用微细加工方法制备了双"V"型夹角的Al/Ni含能薄膜换能元。研究了Al/Ni含能薄膜换能元在47μF固体钽电容放电激励下的能量释放特性和规律。电爆炸测试时,用自主研制的ALG-CN1储能放电起爆仪作激励电源。电容器用47μF固体钽电容,充电电压为10～45 V。用高速摄影仪(HG-100K)观察换能元的发火过程。用数字示波器(LeCroy44Xs,4通道)记录换能元发火时电流、电压随时间的变化曲线。结果表明,Al/Ni含能薄膜换能元在电容激励下的电爆过程按照电流变化率(dI/dt)可以分为三个阶段:回路寄生电感的储能,换能元的电爆炸及等离子体加热。与相同桥型的NiCr薄膜换能元比较,所制备的Al/Ni含能薄膜换能元具有输出能量高以及电爆后产生的火花飞溅距离长的特点。发火回路的寄生电感对于换能元的起爆具有重要作用。Al/Ni含能薄膜换能元电爆炸时的输出能量主要来源于两部分:电容的输入能量和含能薄膜释放的化学能。

烧结工艺对Ni/Al/W含能反应材料性能的影响

采用粉末冶金工艺制备Ni/Al/W含能反应材料,对比研究550℃烧结温度下烧结时间对Ni/Al/W含能反应材料密度、抗压强度以及显微组织的影响,并通过烧结样品DSC曲线计算得到不同烧结时间Ni/Al/W材料的反应放热量,分析烧结样品的反应放热特征。研究表明,烧结温度为550℃、烧结时间为1~3 h时,Ni/Al/W材料的密度先降低后升高,抗压强度先升高后降低,反应放热量不断减小;烧结时间为2 h时,Ni/Al/W含能反应材料具有相对较高的密度、强度和反应放热量,密度达到9.8 g/cm3,准静态压缩强度为1 150 MPa,反应放热量为121.2 J/g。

含Sc的Al-Zn-Mg-Zr合金应力腐蚀开裂敏感性研究

利用慢应变速率拉伸(SSRT)试验、扫描电镜分析等研究了含Sc的Al-Zn-Mg-Zr合金在T6和T73热处理状态下,在空气和质量分数为3.5%的NaCl溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性,研究了热处理状态及应变速率对该合金SCC敏感性的影响。结果表明,同一热处理状态下的该合金在应变速率为1.33×10-6s-1时,其SCC敏感性比应变速率为6.66×10-6s-1时的大;在同一应变速率下,该合金T6态的SCC敏感性比T73态的大,T73态合金的抗应力腐蚀性能比T6态合金的好。

Al/Ni自支撑纳米含能薄膜制备及在热电池中的应用

采用真空磁控溅射镀膜和光刻技术制备出成膜质量良好的Al/Ni自支撑纳米含能薄膜,并将其应用于热电池中,替代传统热电池中的锆加热剂作为热电池的热源组件。结果表明:采用Al/Ni自支撑纳米含能薄膜作为热电池中的加热剂材料能够提升热电池性能;利用末端加热工艺可有效减少热电池的热损失;在不同电流密度下激发,激活时间与输出电流密度成正比,工作时间和峰值电压与输出电流密度成反比。

纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites,MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。

不同调制比的Al/MoO_3含能半导体桥电爆特性研究

调制比是薄膜制备中体现材料化学计量比的重要参数,直接影响含能复合薄膜的反应性能。为了研究Al/MoO_3含能复合薄膜在半导体桥上复合的最佳调制比,采用磁控溅射工艺分别制备了3种调制比的Al/MoO_3含能复合薄膜和Al/MoO_3含能半导体桥。研究了薄膜的形貌、热反应性能与Al/MoO_3含能半导体桥在不同充电电压下的电爆过程。结果表明适当调整调制比可以减小临界激发能量,缩短临界激发时间,提高含能半导体桥的燃烧时间。

超稳含硅介孔Al_2O_3及其催化裂化应用

利用水解正硅酸四乙酯对薄水铝石进行后修饰,通过焙烧可以得到含硅Al_2O_3。采用X射线衍射、红外、物理吸附、固体核磁共振、NH_3程序升温脱附等手段表征含硅Al_2O_3的孔道结构和酸性质。考察了含硅Al_2O_3的热稳定性和水热稳定性及其对烃类的催化裂化活性。结果表明,SiO_2主要以单层形式嫁接在γ-Al_2O_3表面Al—OH上,形成了Si—O—Al键,并大幅提高其对烃类的裂化活性。当1nm2的γ-Al_2O_3表面含3.2个Si原子时,其对异丙基苯的催化裂化转化率为原料γ-Al_2O_3的27倍。在1100℃高温空气下焙烧,或在800℃高温水蒸气气氛下焙烧,含硅Al_2O_3的晶体结构和催化活性都能较好地保留。

DNA自组装制备CuO/Al纳米复合含能材料

为了制备结构均匀且热性能优异的纳米复合含能材料,采用脱氧核糖核酸(DNA)自组装法在室温和水相中制备了CuO/Al纳米复合含能材料。采用红外光谱(FT?IR)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)以及差示扫描量热仪(DSC)表征了纳米复合含能材料的结构及热反应性能。结果表明,通过DNA自组装法成功制备了一种微观结构更均匀的CuO/Al纳米复合含能材料;DNA自组装样品与同配比物理共混样品相比具有更高的反应热,且当φ=1.6时,自组装样品反应热达到1520 J?g^(-1),比同配比物理共混样品(999 J?g^(-1))提高52.15%。

原料粒径对Ni/Al含能结构材料压缩性能及能量释放特性的影响

分别将粒径5μm镍粉与45~75μm铝粉(1^(#))、0.2μm镍粉与45~75μm铝粉(2^(#))、0.2μm镍粉与0.5μm铝粉(3^(#))按物质的量比为1:1混合,通过真空热压制备Ni/Al含能结构材料试样,研究了粉末粒径对试样压缩性能和能量释放特性的影响。结果表明:3种试样在镍/铝界面处均生成了一层Al_(3)Ni扩散层;1^(#)试样中镍颗粒均匀分布在连续的铝基体中,压缩性能较好;2^(#)试样中镍颗粒发生团聚,相对密度最小,抗压强度最低;3^(#)试样中镍相为连续基体,致密性最好,抗压强度最高,但生成的Al_(3)Ni最多;随着粉末粒径减小,3种试样放热反应能量密度均提高,最高达1147.8 J·g^(-1),反应活化能降低,能量释放效率提高,3^(#)试样的能量释放特性最佳。

Al/PTFE制备工艺与含能破片燃烧效应

为研究Al/PTFE制备工艺与含能破片燃烧效应,采用粉末冶金方法制备了Al/PTFE含能破片,通过靶场试验验证Al/PTFE含能破片撞击Al板后的燃烧效应。结果表明:提高模压压力和通过烧结均能提高Al/PTFE材料的密度;Al/PTFE含能破片撞击目标并受到较大的挤压能使含能破片中的含能材料发生反应并放出热量,引燃浸有柴油的油布或油箱。

Al/MoO_3薄膜厚度对含能半导体桥发火特性的影响

使用微细加工技术在半导体桥上分别集成3μm和6μm厚度的Al/MoO_3纳米含能复合薄膜,制备成含能半导体桥,并使用电容放电的激发方式,研究薄膜厚度对含能半导体桥发火特性的影响。研究发现,随着薄膜厚度的增加,含能半导体桥的临界发火时间和临界发火能量无显著性变化,电容放电的作用总时间、作用总能量和能量利用效率降低,能量输出效率显著增加。