Ni-Al含能结构材料的制备和性能

发布时间：2019-09-05 17:00

【摘要】：以Ni粉和Al粉(摩尔比1:1)为原料,采用冷压-烧结法制备了Ni-Al含能结构材料。研究了烧结温度对Ni-Al含能结构材料界面扩散、力学性能、起始反应温度和能量密度等的影响。结果表明:烧结温度的提高,增加了Ni-Al颗粒间界面扩散速率,从而使含能结构材料界面粘合强度增大,抗拉强度和压缩强度提高,同时,能量密度降低;当烧结温度为550℃时,可获得强度和能量密度俱佳的含能结构材料,其抗拉强度和压缩强度分别为66.0 MPa和294.6MPa,能量密度为436.1 J/g。
【图文】：

示意图,弹道枪,试验装置,示意图

·3470·稀有金属材料与工程第46卷的释能行为。如图1所示，通过Φ14.5mm口径弹道枪对试样进行加载。在距枪口一定位置放置测试靶，对试件的速度进行测定。目标靶为准密闭容器，靶前端为0.5mm的薄铁皮，靶内放置一厚钢板。试件通过撞击薄铁皮穿孔进入密闭容器内，然后撞击厚钢板产生剧烈化学反应。2结果与讨论2.1烧结温度烧结温度是制备Ni-Al含能结构材料非常重要的参数，烧结温度过高则使Ni原子和Al原子发生化学反应，生成大量金属间化合物导致能量损失严重；烧结温度过低，Ni粉和Al粉颗粒间扩散微弱，无法形成化学结合，力学性能较差。因此，为了确定合适的烧结温度对Ni-Al含能结构材料素坯分别进行了不同温度下等温1h的DSC表征(图2a)。由图2可知，烧结温度为560和550℃时，DSC曲线出现明显的放热峰，表明Ni颗粒和Al颗粒之间发生放热反应生成金属间化合物；烧结温度为540和530℃时，DSC曲线在等温期间呈现缓慢释能趋势；烧结温度为520和510℃时，，DSC曲线几乎为一条直线，原子间扩散微弱。由于试样的烧结是在低于Al的熔点进行，烧结过程中颗粒的相互联接主要是通过颗粒表面层原子的扩散来完成的，低温下微弱的原子扩散无法在颗粒间形成较高的联接强度。因此，Ni-Al能结构材料的烧结温度应高于510℃。图1弹道枪试验装置示意图Fig.1Schematicofballisticexperimentalsetup图2Ni-Al含能结构材料等温DSC曲线Fig.2IsothermalDSCcurvesofNi-AlESM为了进一步确定试样的烧结温度，对不同温度等温1h的烧结试样进行XRD表征。由图3可知，510、520和530℃烧结的试样主要成分为Ni和Al；540℃的烧结试样主要成分为Ni、Al和少量的Al3Ni；550℃的烧结试样主要成分为Ni、Al、Al3Ni和Ni2Al3；560℃的烧结试样主要成分为Ni

DSC曲线,结构材料,DSC曲线,能量密度

涞眉?锐。同时，由于烧结过程中部分金属间化合物的形成引起能量密度的小幅度降低；烧结温度为560℃时，大量金属间化合物的形成导致Ni-Al含能结构材料能量损失严重，烧结试样的DSC曲线放热峰消失。由能量密度和力学性能分析可知，烧结温度由510℃上升至550℃Ni-Al含能结构材料的能量密度呈现减小的趋势，抗拉强度和压缩强度则明显提高。烧结温度为540和550℃时，Ni-Al含能结构材料的力学性能和能量密度显著高于其他烧结温度下的试样性能，且烧结温度为550℃时能够获得力学性能和能量密度俱佳的Ni-Al含能结构材料。图6Ni-Al含能结构材料DSC曲线Fig.6DSCcurvesofNi-AlESM表3不同烧结温度的Ni-Al含能结构材料的能量密度Table3EnergydensityofNi-AlESMatdifferentsinteringtemperaturesT/℃510520530540550Ti/℃651.9644.2653.5645.5648.2Ed/J·g-1512.7454.2484.9413.9436.1Note:Ti-initialreactiontemperature;Ed-energydensity1020304050Distance/μm100806040200leEmnetonCtne/att%NiAlabNiAl10080604020001020304050Distance/μm600620640660680700dTd/tTemperature,T/℃DSCd2Td/t2DDSCd3Td/t3DDDSCAB400500600700800Temperature,T/℃eatHFlwoEx.o560℃550℃540℃530℃520℃510℃
【作者单位】：南京航空航天大学;
【基金】：中央高校基本科研业务费项目(NP2012303) 江苏高校优势学科建设工程资助项目
【分类号】：TB34

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