同步热分析法研究超级铝热剂Al/MnO2的热安定性

A型车动车转向架扭转阻力测试试验研究

谭富星，刘洪涛，刘诗慧，张镇川，张鹏

（中车长春轨道客车股份有限公司，长春 130062）

摘要：

转阻力系数是转向架重要的运行参数，直接影响着轨道车辆的动力学性能。A型轨道车辆动车转向架扭转阻力参数测试通过理论计算、动力学仿真和试验验证等手段进行研究。通过对不同的空簧状态、空簧刚度和扭转速度等工况的分析和试验表明，扭转阻力系数与车辆通过曲线时的曲线半径相关性强；扭转阻力系数随着空簧水平刚度变化而变化；同时扭转阻力系数随扭转速度的增长而逐渐增大。在不同空簧状态和不同扭转速度的工况下的试验检定表明：扭转阻力系数随着扭转速度的增加而上升；抗蛇行减振器产生作用于转向架上的扭转阻力矩，且该力矩随着扭转速度增加而上升。试验结果表明理论分析、动力学仿真与真实转向架台架试验验证结果相吻合，试验满足EN14363中的要求和车辆安全操作指导。

关键词：A型车辆，动车转向架，扭转角，扭转阻力系数，扭转转速

     

Si-Bi_2O_3对Al-CuO铝热剂点火性能的影响

为进一步提高铝热剂的放热能力,并降低其点火阈值,文章采用差热分析法(DTA),以Si-Bi_2O_3混合物为敏化剂,研究了不同粒径、质量比的Al-CuO铝热剂的点火温度。结果表明:采用Si-Bi_2O_3作为敏化剂可使铝热反应的激发温度大幅度降低;纳米级铝粉可使所制成的敏化铝热剂的激发温度进一步减小,体系中Al/CuO/Si/Bi_2O_3质量比为14.7/65.3/4/16(wt.%)时,此温度低至613℃,是一种较优的配方。以上结果可为今后铝热剂和起爆药的发展提供指导作用。     

纳米铝/氧化铜复合材料的制备及热性能

以聚乙二醇(PEG)为模板制备了纳米氧化铜。以一种高分子材料为包覆材料自组装制备了纳米铝/氧化铜(Al/CuO)复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等对材料的结构形貌进行了表征。利用热重分析法(TG)和差示扫描量热法(DSC)对比研究了自组装法(含包覆材料)与超声共混法(不含包覆材料)制得样品的热性能。研究了不同Al与CuO摩尔比下Al/CuO复合材料的放热量。结果表明,纳米铝与CuO发生铝热反应的放热峰约为576.4℃,放热量达1 093J/g。含有包覆材料的复合材料比不含包覆材料的复合材料具有更大的放热量。在纳米铝与CuO摩尔比为1.0∶1.2时铝热反应放热量最大,可达1 093J/g。     

Fe2O3-Al纳米铝热剂与超细RDX复合物的制备与性能

采用溶胶-凝胶方法,制备出了纳米铝热剂nano-Fe2O3-Al,并获得了其与超细RDX的复合含能材料nanoFe2O3-Al/SFRDX。采用BET法、SEM、XRD综合表征了nano-Fe2O3-Al的结构,采用TG/DSC联用技术测试了nano-Fe2O3-Al的热性能,结果表明气凝胶铝热剂的反应温度更低;nano-Fe2O3-Al的静电火花感度测试结果表明纳米铝热剂对静电十分敏感。对nano-Fe2O3-Al/SFRDX在无约束条件和密闭条件下的燃烧行为进行了研究,高速相机照片法发现在无约束条件下,nanoFe2O3-Al燃烧高达300 m/s,且nano-Fe2O3-Al/SFRDX具有在无约束条件下由燃烧转为爆轰的趋势。     

不同含能添加物对纳米Al/CuO反应性能的影响

为了对比不同含能添加物对纳米铝热剂反应性能的影响程度，采用静电喷雾技术在纳米Al/CuO中分别添加高能炸药、强氧化剂以及含氟化合物等含能添加物，并开展热力学计算、开放式燃烧测试和密闭爆发器测试等。结果表明：含能添加物的小分子量气态产物和协同反应效应是提高纳米Al/CuO反应性能的主要因素，高能炸药的增强效果最佳，高氯酸铵（AP）次之，全氟代十四酸（PFTD）最差。其中，黑索今（RDX）和奥克托今（HMX）将Al/CuO的理论定压火药力提升了64.3%;HMX对Al/CuO峰值压强和增压速率的提升能力最高，分别达到了62%和408%；而AP和PFTD削弱了其燃烧传播速率和增压特性。     

高氯酸盐对Al-MnO2纳米铝热剂热性能及燃烧性能的影响

为了研究高氯酸盐对纳米铝热剂反应性能的影响,选用高氯酸钾（KClO₄）和高氯酸铵（NH₄ClO₄）作为添加剂,采用静电喷雾法分别制备KClO₄-Al-MnO₂和NH₄ClO₄-Al-MnO₂纳米复合材料样品。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察了样品的微观形貌;采用同步热分析技术（TG-DSC）研究了样品的放热过程和反应活化能,结合X射线衍射技术（XRD）分析了反应后产物的成分,使用快速电热丝实验对比研究了样品的燃烧过程和燃烧速率。结果显示,纳米Al粉和MnO₂集中分布在高氯酸盐基底上;由于MnO₂的催化作用,KClO₄和NH₄ClO₄均在铝热反应发生前出现分解放热过程,其中NH₄ClO₄的分解放热量显著高于KClO₄;KClO₄和NH₄ClO₄的引入,使体系中铝热剂的相对含量降低,导致铝热反应的峰值温度分别推迟了21 ℃和31 ℃。KClO₄-Al-MnO₂的产物主要为Mn₃O₄,而NH₄ClO₄-Al-MnO₂的产物主要为MnO,NH₄ClO₄可以提高MnO₂中O元素的利用率。高氯酸盐的引入可降低体系发生铝热反应的活化能,降低量大于35%,并能够有效提高铝热剂的反应速率;在发火实验中,直接表现为火焰的快速成长、扩散和消退,但是高氯酸盐的引入也将降低火焰的明亮程度和大小。     

铝热剂SHS合成模拟核废物固化产物的组成结构分析

以Fe2O3为氧化剂,采用铝热剂(Al与Fe2O3的质量比为1:3)自蔓延高温合成(self-propagating high temperature synthesis,SHS)技术制备模拟核废物砂土固化产物,研究了不同模拟示踪核素在固化产物中的存在状态。通过扫描电镜、显气孔率测试、密度分析、X射线衍射分析等分析了固化产物的表面形貌和组成结构。结果表明:采用SHS技术固化砂土,固化产物为无定形玻璃和晶体颗粒构成的混合物,密度为2.60～3.05g/cm3,其中晶体成分主要是α-Al2O3,约占晶体质量的49.4%～63.6%,其他为示踪核素Ce,Sr,Ba,Er与SiO2结合生成的Ce2SiO5,BaSrSi2O6和Er2SiO5,各约占晶体质量的12.0%～18.7%。     

Al/Cr2O3对硝化棉热分解过程的影响

为了探讨Al/Cr₂O₃纳米铝热剂对硝化棉(NC)热分解过程的影响，采用差示扫描量热法(DSC)及热重/红外联用技术(TG/DTG-FTIR)研究了单组分NC和Al/Cr₂O₃/NC复合物的热分解反应过程。运用Kissinger法、Starink法、Kissinger-迭代法和Ozawa-迭代法计算得到NC及Al/Cr₂O₃/NC的表观活化能。通过FWO法、KAS法和Friedman法得到NC和Al/Cr₂O₃/NC热分解过程的动力学参数，并引入修正后的?esták-Berggren经验方程对相应热分解反应动力学模型进行重建。结果表明，Al/Cr₂O₃纳米铝热剂可使NC热分解反应的表观活化能降低33.7kJ/mol,热点火温度降低3.5℃,热爆炸临界温度降低3.0℃。Al/Cr₂O₃/NC的热分解反应过程遵循n级动力学方程f(...     

超级铝热剂的研究现状与发展趋势

超级铝热剂热值高、点火引发能量低、能量释放速率快,在火药、炸药和推进剂等领域有广阔的应用前景。综述了近期报道的超级铝热剂的新型配方、制备方法、结构表征及其反应特性,着重介绍了不同配方、不同结构铝热剂对不同点火方式的响应及能量释放速率,指出了今后超级铝热剂的发展方向及研究重点。     

同步热分析法研究超级铝热剂Al/MnO2的热安定性

为研究超级铝热剂Al/MnO_2的热安定性,利用水热法制备纳米级MnO_2,采用透射电子显微镜(TEM)对纳米Al粉的氧化层厚度进行表征,计算出Al粉中纯Al的质量分数,从而确定更优配比.采用超声共混法制备得到超级铝热剂Al/MnO_2,利用X射线衍射技术(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对超级铝热剂Al/MnO_2的晶型和形貌进行表征,采用热重-差示扫描同步热分析技术(TG-DSC)在不同升温速率条件下研究了超级铝热剂Al/MnO_2的非等温热行为,通过微分Kissinger法和积分Ozawa法计算样品的活化能,对活化能计算结果进行对比.结果表明:水热法制备得到的纳米级MnO_2呈短棒状,晶型为α型,球状Al粉氧化层厚度约5 nm,纯Al质量分数约64.5%,超级铝热剂Al/MnO_2铝热反应的温度区间为540～570℃,放热量约930 J/g;利用Kissinger法和Ozawa法拟合相关性较高,计算得到的活化能分别为429.1和421.9 kJ/mol.两种方法计算得到的活化能结果相近且数值较高,表明超级铝热剂Al/MnO_2具有较好的热安定性,安全性能良好.