一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金燃料及其制备方法与流程

本发明涉及一种铝锂合金粉改性方法，尤其是涉及一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金燃料及其制备方法，属于含能材料。

背景技术：

1、与al相比，li具有低的熔沸点和高的燃烧热值(43.5kj/g vs.31.4kj/g)及化学活性。在al中加入少量的li不仅可以大幅提高al的反应活性，降低其点火温度，还可以改变表面氧化膜的结构和致密性，促进颗粒内部活性金属进一步与外部氧化剂接触，从而使得al-li合金粉末燃烧更加迅速，反应更加完全。含纯al粉的推进剂在燃烧时，由于存在al颗粒在燃烧端面的熔融团聚、不完全燃烧和二相流损失现象，其实际比冲会出现一定损失。相关学者通过理论计算和实验验证发现，以al-li合金燃料替代铝粉应用于固体推进剂，不仅可使推进剂比冲明显提升，还能显著降低含氯氧化剂体系燃烧产物中的hcl含量，减少尾羽信号及发射场设备腐蚀。但因li的添加改变了单质al颗粒表面氧化层的致密结构，氧化介质可通过表面氧化层向内扩散导致al-li合金粉末内部活性金属被持续氧化，使得其湿热稳定性和相容性变差，影响其在固体推进剂和混合炸药领域的应用。因此需要对铝锂合金粉进行稳定化处理，提升其在储运中的性能稳定性和应用中的工艺性。

2、相关研究表明，通过在活性金属粉体表面构筑核壳包覆结构，既能阻隔空气、湿气等保持活性，又可对其表面进行功能化改性。中国发明专利cn111500091a公开了一种多酚类化合物/含氮高分子包覆微纳米铝粉的制备方法，包覆处理既提升了铝粉在热液体中的稳定性，又增加了铝粉氧化反应的活性位点和氧化效率，提升了铝粉的燃速，可提高含铝炸药的爆轰性能。中国发明专利cn111423293a公开了一种含氟材料对铝粉表面进行包覆，含氟材料在反应过程中热分解释放强氧化性的含氟气体分子与氧化铝发生预点火反应，对氧化铝壳层进行减薄甚至是去除，提升铝粉在炸药爆炸中的反应效率。

3、然而，对铝粉进行表面钝化包覆的材料和技术方案并不适用于铝锂合金粉，采用上述方法对铝锂合金粉进行表面包覆处理后，粉体在热水甚至常温水中仍会发生明显的析氢反应。此外，铝锂合金粉的包覆层应与粉体具备强的界面结合力，保证其在工艺过程中不发生破裂与脱落，同时包覆材料还需与推进剂中的硝酸酯、端羟基聚丁二烯等组分具备良好的相容性，不影响推进剂配方的成药固化及力学性能。

4、cn114539009a公开了提供一种高稳定性高相容性改性铝锂合金粉的制备方法，是将铝锂合金粉超声分散于有机溶剂中，得到铝锂合金粉分散液；再向铝锂合金粉分散液中加入烷基甲氧基硅烷和小分子甲氧基硅烷，在常温下搅拌反应30～180min，使二者在铝锂合金粉表面发生偶联反应形成致密的共聚物包覆层；然后经抽滤、洗涤、真空干燥，即得到改性铝锂合金粉。虽然该方法制得的改性铝锂合金粉能够稳定存在于高温、高湿环境中，但是改性铝锂合金粉在后期推进剂中需要捏合成药，不可避免地存在机械搅拌，而机械搅拌会有一个强剪切力的作用，会破坏包覆层的完整性，从而使得该方法制得的改性铝锂合金粉在后期推进剂成药过程中并不能稳定存在。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有的铝锂合金粉在湿热环境中稳定性差、易氧化析氢致使活度大幅下降，且与固体火箭推进剂常见组分相容性差、影响推进剂固化成型等应用瓶颈问题，本发明提供一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金燃料及其制备方法，以期在低包覆量下得到湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金燃料，提升铝锂合金粉作为高能金属燃料在固体火箭推进剂和混合炸药领域的应用效能。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金粉的制备方法，该方法包括如下步骤：

4、1)将铝锂合金粉加入铵类试剂中，进行搅拌分散，经抽滤干燥后得到预处理粉料；

5、2)再将羧酸盐加入有机溶剂中进行超声分散，得到羧酸盐有机溶液；

6、3)将步骤1)所得的预处理粉料加入步骤2)所得的羧酸盐有机溶液中，搅拌反应至溶剂挥发完全，形成羧酸盐改性层；随后进行真空干燥，得到改性铝锂合金粉。

7、本发明采用铵类试剂对铝锂合金粉进行预处理，降低铝锂合金粉表面的高化学活性，再使用羧酸盐对其进行钝化处理，制备的改性铝锂合金粉能够在50～70℃热水中外加有剪切力的条件下保持3h无明显析氢反应，应用于固体推进剂配方中固化良好，截面致密无气孔，在保证能量密度(质量燃烧热值＞31kj/g)的前提下显著提升了铝锂合金燃料在高湿热环境中的稳定性和在固体推进剂中的相容性。

8、进一步地，步骤1)中，搅拌分散的时间为30～60min。

9、进一步地，步骤3)中，所述的搅拌反应为在55～65℃下进行，优选在60℃下进行。

10、进一步地，所述的铝锂合金粉为球形铝锂合金粉，优选，所述的球形铝锂合金粉中锂含量为3％-8％，中位径为2～50μm。

11、进一步地，步骤1)中所述的铝锂合金粉与步骤2)中所述的羧酸盐的质量比为1：(0.005～0.03)。

12、进一步地，步骤1)中，所述的铵类试剂为氯化铵、氟化铵、碘化铵、亚硫酸铵、碳酸氢铵、醋酸铵、硫化铵、硫化氢铵或硝酸铵中的一种。

13、进一步地，步骤2)中，所述的羧酸盐为酒石酸钠、草酸钠、苹果酸钠、二水合柠檬酸钠、苯甲酸钠或水杨酸钠中的至少一种。

14、进一步地，步骤3)中，所述的有机溶剂为石油醚、乙醚、乙酸乙酯、丙酮或n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

15、本发明还提供一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金粉，其中，所述的改性铝锂合金粉为采用本发明所述的制备方法制备得到的。

16、进一步地，所述羧酸盐改性层的含量≤铝锂合金粉质量的3.0％。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

18、(1)本发明采用铵类试剂对铝锂合金粉进行预处理，降低铝锂合金粉表面的高化学活性，再使用羧酸盐对其进行钝化处理，制备的改性铝锂合金粉能够在50～70℃热水中外加有剪切力的条件下保持3h无明显析氢反应，应用于固体推进剂配方中固化良好，截面致密无气孔，在保证能量密度(质量燃烧热值＞31kj/g)的前提下显著提升了铝锂合金燃料在高湿热环境中的稳定性和在固体推进剂中的相容性；

19、(2)本发明提供的改性铝锂合金燃料制备方法简单，工艺稳定可靠，设备投入低，同时改性处理涉及的试剂和药剂廉价易得，易实现低成本批量化生产，可为铝锂合金燃料在固体推进剂中的大规模实际应用提供有力支撑。

技术特征：

1.一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金粉的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，搅拌分散的时间为30～60min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的搅拌反应为在50～70℃下进行，优选在70℃下进行。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述的铝锂合金粉为球形铝锂合金粉，优选，所述的球形铝锂合金粉中锂含量为3％～8％，中位径为2～50μm。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的铝锂合金粉与步骤2)中所述的羧酸盐的质量比为1:(0.005～0.03)。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的铵类试剂为氯化铵、氟化铵、碘化铵、亚硫酸铵、碳酸氢铵、醋酸铵、硫化铵、硫化氢铵或硝酸铵中的一种。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的羧酸盐为酒石酸钠、草酸钠、苹果酸钠、二水合柠檬酸钠、苯甲酸钠或水杨酸钠中的至少一种。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的有机溶剂为石油醚、乙醚、乙酸乙酯或n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

9.一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金粉，其特征在于，所述的改性铝锂合金粉为采用权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到的。

10.根据权利要求9所述的改性铝锂合金粉，其特征在于，所述羧酸盐改性层的含量≤铝锂合金粉质量的3.0％。

技术总结
本发明涉及一种湿热稳定性及相容性优异的改性铝锂合金燃料及其制备方法。该方法包括：1)将铝锂合金粉加入铵类试剂中，进行搅拌分散，经抽滤干燥后得到预处理粉料；2)再将羧酸盐加入有机溶剂中进行超声分散，得到羧酸盐有机溶液；3)将步骤1)所得的预处理粉料加入步骤2)所得的羧酸盐有机溶液中，搅拌反应至溶剂挥发完全，形成羧酸盐改性层；随后进行真空干燥，得到改性铝锂合金粉。本发明制备的改性铝锂合金粉能够在50～70℃热水中外加有机械剪切力的条件下保持3h无明显析氢反应，应用于固体推进剂配方中固化良好，截面致密无气孔，在保证能量密度的前提下显著提升了铝锂合金燃料在高湿热环境中的稳定性和在固体推进剂中的相容性。

技术研发人员：周琪,刘林林,董世新,王贵宗,郜俊震
受保护的技术使用者：江苏智仁景行新材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15