Введение 4
1 Обзор литературы 5
1.1 Свойства Al и Al2O3 6
1.2 Содержание примесей в Al разной дисперсности 10
1.3 Формирование эвтектических систем при нагревании. Примеси в чистом алюминии 13
1.4 Оксидная оболочка. Создание защитной оксидной пленки 15
1.5 Фазовые переходы 17
2 Методики эксперимента 18
2.1 Термогравиметрический анализ. Дифференциально-сканирующая калориметрия 20
2.2 Методика расчета кинетических характеристик. Программное
обеспечение NETZSCH Thermokinetics 22
2.2.1 Метод ASTM 22
2.2.2 Метод Фридмана 23
2.2.3 Метод Ozawa-Flynn-Wall 24
3 Результаты экспериментов и их обсуждение 25
3.1 Результаты дифференциально-сканирующей калориметрии и
термогравиметрического анализа 25
3.2 Результаты расчета кинетических характеристик порошков алюминия разной дисперсности 32
3.2.1 Инженерный метод расчета энергии активации 32
3.2.2 Расчет формальной кинетики по программе NETZCH 35
Заключение 38
Список использованной литературы 39
В течение последних десятилетий постоянно расширяется использование порошкообразных металлов, с помощью которых можно улучшать энергетические и эксплуатационные характеристики двигательных установок, а также разрабатывать технологические процессы высокого уровня (например, 3D печать деталей из различных материалов).
В настоящее время порошкообразные металлы, например алюминий и магний, применяются в качестве добавок в твердых ракетных топливах. Однако, известны ограничения, не позволяющие в максимальной степени использовать энергетический потенциал порошкообразных металлов. Это связано с высокими значениями температур плавления и кипения металлов и их оксидов, защитными свойствами оксидных пленок на частицах металлов, что ведет к увеличению характерного времени преобразования металлосодержащих топлив.
В связи с этим актуальной задачей является изучение кинетики и механизма окисления порошков металлов.
В данной работе использованы порошки алюминия разной дисперсности. Проведено исследование характеристик этих порошков с помощью термогравиметрического анализа (ТГ) и дифференциально- сканирующей калориметрии (ДСК). Эти методы (ТГ, ДСК) позволяют определить влияние темпа нагрева и температуры на окисление порошков, а также определить тепловые эффекты окисления порошков и теплоты плавления. Проведены расчеты параметров формальной кинетики: энергии активации и предэкспоненциального множителя.
Литературный обзор показал, что в последнее время возрастает интерес к использованию наноразмерных порошков металлов в разных технологических процессах. Они применяются в медицине, космической промышленности, машиностроении, строительстве и т. д.
Для двух типов порошка алюминия (АСД-4, Alex) проведены эксперименты ДСК и ТГ - анализов при трех темпах нагрева 10, 20 и 5 ° С/мин.
В ходе данной работы определено, что порошок алюминия марки Alex вступает в реакцию значительно раньше, чем порошок алюминия марки ACD-4. По результатам ТГ, ДСК анализов установлено влияние темпа нагрева на начало окисления, а также на величину энергии тепловыделения. Проведены расчеты энергии активации и предэкспоненциального множителя для порошков алюминия марки ACD-4 и Alex по программе Kinetics 3 NETZCH. Значения энергий активаций отличны друг от друга, что говорит о влияние дисперсности алюминия на кинетические характеристики.
