一种铝合金粉体惰化效果评估方法

本发明涉及粉尘爆炸研究，特别涉及一种铝合金粉体惰化效果评估方法。

背景技术：

1、金属增材制造用的金属粉末通常情况下粒径较小，一般为几微米到几十微米不等，且粒径分布较集中，因此，金属粉末的敏感性都较高，爆炸后会产生巨大能量，造成严重后果。增材制造常用的粉末材料——钛和铝等均是活泼金属，这些金属粉末最小点火能通常小于10mj，其中alsi10mg作为常用的金属粉末，金属粉末与氧气接触会放出热量，当金属粉堆积，热量聚集，便会产生爆炸。在增材制造过程中大多生产工艺都会用到或产生大量alsi10mg金属粉末，这些金属粉末处理不当会有很大的爆炸风险，具有安全隐患。

2、固相惰化技术是粉尘防爆重要技术手段，研究表明，caco3粉作为惰性粉体，主要起到物理惰化作用，在alsi10mg粉中加入caco3粉后，caco3粉会减少alsi10mg粉与空气接触的面积，从而降低alsi10mg粉的反应速率；caco3会吸收反应产生的热量，使火焰预热区变厚，预热时间变长；同时caco3吸热后会分解产生惰性气体二氧化碳，二氧化碳同样可以减少alsi10mg粉与空气的接触面积，且二氧化碳可以稀释反应体系中的氧气，从而降低反应速率，进一步加强caco3粉对alsi10mg粉的惰化效果。

3、通过加入caco3后粉尘云爆炸火焰特性参数变化，可以表征caco3对alsi10mg合金粉体惰化效果，对此类粉体相关工艺安全设计、风险评估以及事故预防控制措施的有效选取都具有重要的现实意义。

4、目前，对于增材制造用alsi10mg粉的惰化研究较少，同时，缺少对不同浓度、不同粒径惰性粉体惰化效果评估及预测分析的技术手段。

技术实现思路

1、本发明提供了一种铝合金粉体惰化效果评估方法，以解决目前缺少对不同浓度、不同粒径惰性粉体惰化效果评估及预测分析方案的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一种铝合金粉体惰化效果评估方法，包括：

4、以harttman管测试装置作为实验装置，并设定实验参数；其中，所述实验参数包括：铝合金粉尘质量、喷尘压力、点火延时时间以及点火能量；

5、选取多份caco3粉尘；其中，各份caco3粉尘的重量或粒径不同；

6、将每份caco3粉尘分别加入到铝合金粉尘中，并分别利用harttman管测试装置，在设定的实验参数下，进行铝合金粉体惰化实验并同步拍摄实验中的火焰传播过程图像；以得到同一粒径下不同惰化比的caco3粉尘所对应的火焰传播过程图像，以及同一惰化比下不同粒径的caco3粉尘所对应的火焰传播过程图像；其中，惰化比是指caco3和铝合金的混合粉尘中caco3占粉尘总质量的比值；

7、基于获取的火焰传播过程图像，得到同一粒径下不同惰化比的caco3粉尘所对应的火焰传播特性参数，以及同一惰化比下不同粒径的caco3粉尘所对应的火焰传播特性参数；并基于获取的火焰传播特性参数，绘制同一粒径，不同惰化比条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，以及同一惰化比，不同粒径条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，以量化惰化效果；

8、基于同一粒径，不同惰化比条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同惰化比下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估；

9、基于同一惰化比，不同粒径条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同粒径下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估。

10、优选地，所述设定实验参数包括：设定铝合金粉尘的质量为1.5g，喷尘压力为200kpa，点火延时时间为60ms，点火能量为500mj；其中，铝合金粉尘的粒径为6μm。

11、可选地，在进行铝合金粉体惰化实验之前，所述方法还包括：

12、对caco3粉尘和铝合金粉尘进行24小时烘干处理。

13、可选地，caco3粉尘的重量包括：0.3g、0.6g、0.9g、1.2g以及1.5g；caco3粉尘的粒径包括：1μm、6μm、10μm、15μm以及45μm；

14、所述选取多份caco3粉尘包括：

15、将不同的重量数据和粒径数据进行两两组合，得到25组不同重量及粒径数据的组合，将每一组合的重量及粒径数据作为caco3粉尘的重量及粒径，得到25份用于铝合金粉体惰化实验的caco3粉尘。

16、可选地，所述火焰传播特性参数包括：火焰传播距离、火焰传播速度以及火焰传播面积。

17、进一步地，所述基于同一粒径，不同惰化比条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同惰化比下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估，包括：

18、基于同一粒径，不同惰化比条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，确定不同惰化比下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果；其中，惰化比越高，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰传播的惰化效果越明显。

19、进一步地，所述基于同一惰化比，不同粒径条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同粒径下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估，包括：

20、基于同一惰化比，不同粒径条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，确定不同粒径下，caco3对铝粉燃爆火焰的惰化效果；其中，当caco3粉尘与铝合金粉尘的粒径相当时，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果最佳。

21、进一步地，所述铝合金粉体惰化效果评估方法还包括：

22、基于同一粒径下不同惰化比的caco3粉尘所对应的火焰传播特性参数，以及同一惰化比下不同粒径的caco3粉尘所对应的火焰传播特性参数，建立以caco3粉尘粒径、惰化比、火焰传播特性参数分别为x、y、z轴的三维曲面图，通过非线性曲面拟合，得出火焰传播特性参数预测模型：

23、z＝51.78424x+36.99882y+2.00071x3+0.1601y3+0.00123x5

24、-17.72272-16.63116x2-3.73726y2-0.09234x4-0.00307y4

25、其中，z表示火焰传播特性参数；x表示caco3粉尘粒径；y表示惰化比。

26、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

27、本发明提供的铝合金粉体惰化效果评估方法，基于实验结果和数据变化趋势预测，能够借助爆炸火焰发展过程、火焰传播距离、火焰速度等技术参数来实现对alsi10mg粉惰化效果快速、准确地评估，并建立不同浓度、不同粒径caco3惰化效果预测模型，为工业生产找到最有效、最经济的粉尘防爆条件。

技术特征：

1.一种铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，所述设定实验参数包括：设定铝合金粉尘的质量为1.5g，喷尘压力为200kpa，点火延时时间为60ms，点火能量为500mj；其中，铝合金粉尘的粒径为6μm。

3.如权利要求1所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，在进行铝合金粉体惰化实验之前，所述方法还包括：

4.如权利要求2所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，caco3粉尘的重量包括：0.3g、0.6g、0.9g、1.2g以及1.5g；caco3粉尘的粒径包括：1μm、6μm、10μm、15μm以及45μm；

5.如权利要求1所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，所述火焰传播特性参数包括：火焰传播距离、火焰传播速度以及火焰传播面积。

6.如权利要求1所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，所述基于同一粒径，不同惰化比条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同惰化比下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估，包括：

7.如权利要求1所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，所述基于同一惰化比，不同粒径条件下的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，对不同粒径下，caco3对铝合金粉尘燃爆火焰的惰化效果进行评估，包括：

8.如权利要求1～7任一项所述的铝合金粉体惰化效果评估方法，其特征在于，所述铝合金粉体惰化效果评估方法还包括：

技术总结
本发明公开了一种铝合金粉体惰化效果评估方法，包括：进行铝合金粉体惰化实验，得到同一粒径下不同惰化比对应的火焰传播过程图像，以及同一惰化比下不同粒径对应的火焰传播过程图像；基于火焰传播过程图像，得到同一粒径下不同惰化比对应的火焰传播特性参数，以及同一惰化比下不同粒径对应的火焰传播特性参数；并绘制同一粒径下不同惰化比的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，以及同一惰化比下不同粒径的火焰传播特性参数随时间变化的曲线图，以量化惰化效果；基于曲线图对不同惰化比及粒径下CaCO<subgt;3</subgt;对铝合金粉燃爆火焰的惰化效果进行评估。本发明可实现对铝合金粉惰化效果快速、准确地评估，为工业生产找到最有效、最经济的粉尘防爆条件。

技术研发人员：孙思衡,邢崇林,庞磊,彭惠康,刘吉庆,赵焕娟,金龙哲
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11