工艺因素对浇注料中金属铝粉发气性能的影响

  一、环境温度对料桨中金属铝粉发气性能的形晌环境

  环境温度对刚玉质料浆中金属铝粉（0.075mm）发气性能的影响见图2。由图2(a）可看出，起始发起时间并不等于 0 ，随温度的升高而减小，说明金属铝粉易氧化的特性便金属铝粉表面形成一层氧化铝薄膜而钝化；如果内部金属铝要发生反应放出气体，表层的氧化铝钝化薄膜必先被反应掉方可进行。对此化学反应而言，温度高反应速度快，氧化钝化膜反应消失也就快，内部金属铝发气反应起始时间就会相应提前。由图 2（b）可看出，随料浆环境温度的升高，发气时间减小，发气速率增大：但发气总量却有规律的减少。说明金属铝粉在低水泥结合的刚玉质料浆中存在两种反应．一种是酸碱反应．另一种是氧化反应。金属铝粉发生酸碱反应即会产生氢气气，反应方程式如下： ZAI +2OH＋6H2O→2[AI (OH)4J+ 3H2↑：而发生氧化反应首先生成的是AI2O3，反应方程式如下： 2AL + 3O¬2→AI2O3，其中△r ， He=- 3 339 kJ . mof -1 ．由于该反应是放热极易自发进行，因此不会产生氢气。由图2 ( c ）可看出，由于氧化反应受温度的形响较大，因此随温度的升高，金属铝粉氧化反应速度相对酸碱增加略快，致使总发气量有所减小。

  二、 铝粉粒度对料桨中金属铝粉发气性能的形响

  25 ℃ 时，铝粉粒度对料浆中金属铝粉发气性能的影响见图 3 ．由图 3 ( a ）可看出，不同粒度的金属铝粉在 25 ℃ 时．起始发气时问基本相同，其值在 180~185min之间。可见无论金属铝粉的粒径是大还是小，其氧化铝薄膜的厚度应该基本一样。所以在环境温度相同时．金属铝粉开始发气的时间相差无几。由图 3 ( b ）和（ c ）可看出，不同粒度的金属铝粉在环境温度 25 ℃ 时，发气速率随其粒度的增大而减小（即发气剧烈程度减弱）。说明加入量相同时，金属铝粉粒度越大其颗粒数越少，同一时刻与料浆接触的金属铝比表面积也越小，反应发气速率越小，发气越平缓．作为防爆剂应用于浇注料中时，不易产生鼓胀而对结构性能透成影响。不同粒度的金属铝粉在环境温度 25 ℃ 时，发气总量随其粒度的增大而减小。说明大颗粒的金属铝粉，在与料浆反应过程中，颗粒周边的【Al ( OH）4】 和 Al (OH)3 逐渐增多；致使反应逐渐减弱而最终终止。这一点也可从残余 0 . 25 mm 粒度的金属铝粉的 SEM 照片（见图 4 ）中清晰看出，金属铝粉的粒度越大，其在料浆中的反应越不充分，有越多未反应金属铝粉存在。

  三、铝粉加入量对料桨中金属铝粉发气性能的影响

  25 ℃ 时．粒度为 0 . 075mm的铝粉加入量对料浆中金属铝粉发气性能的影响见图 5 。由图 5 可以看出，

  金属铝粉的加最变化对金属铝粉的起始发气时间无明显影响，但随金属铝粉加入量的增大．其发气速率及总发气食均会明显增加．这与相关文献记载和我们预想的一样，本文不作进一步分析。

  四、水泥加入量对料桨中金属铝粉的发气性能的影响

  25 ℃ 时的环境温度下，水泥加入量对料浆中粒度为0.075 mm的金属铝粉发气性能的影响见图6，由图 6 ( a ）中可看出，金属铝粉在无水泥的刚玉料浆中．在试验的440 min 内没有发生发气反应。说明由于金属铝粉表面易氧化的特性，使得金属铝粉与中性料浆中的水发生水化反应而放出气体。由图 6 ( b ）和（c）中可看出，随着水泥量的增加，起始发起时间随之减小．说明金属铝粉的反应与水泥在料浆中产生的碱性环境有关（在料浆加水搅拌过程中，纯铝酸钙水泥中 Ca3AI2O3会略有溶解．其溶解平衡方程式为 ca , Al2O3•6H2O2+＋ 2AI ( OH )4' + 4OH．水泥量增加料浆的碱性增强，钝化膜氧气化铝反应均会随之增强。所以其初始反应时间随之缩短，发气速率及总发气量，随水泥量增加的变化甚徽。说明在水泥加量的范围内，水泥量的增加导致料浆碱性增强．仅会影响金属铝粉的起始发气时间，而对发气速率及总发气量影响并不大。

  金属铝粉的发气起始时间随温度的升高而有规律地提前，而非加水搅拌后立即发生发气反应。 25 ℃ 时在180min开始发气． 30 ℃ 时在 105min开始发气． 35 ℃ 时在 80min开始发气．掌握这个规律可有效避免因浇注料的初凝时间与金属铝粉发气不匹配而给浇注料的防爆或物理性能造成的不利影响。在粒度及加入量不变的情况下，金属铝粉随料浆环境温度的升高，其发气的剧烈程度随之加剧，但总发气量却规律递减。所以在温度高的环境中使用金属铝粉作为浇注料的防爆剂，一定要注意其加量不可过多，否则极有可能会造成浇注体出现故障或开裂等问题。不同粒度的金属铝粉在环境温度25 ℃ 时，开始发气的时间基本相同，而发气速率以及总发气量随其粒度的减小而增大．粗颗粒的金属铝粉在会因表面被氧化钝化或生成物覆盖包裹而停止反应，所以浇注料仍残存有未反应的金属铝．接触铁水的铝碳化硅碳质浇注料而言，可尝试便用粗颗粒的金属铝粉，如用。 0.25 mm 替代 0 . 075 mm ，通过适当提高用里来解决防爆问题，同时残余的金属铝粉还能起到防氧化和提高中高强度的作用。金属铝粉的加入量变化对金属铝粉的发气起始时间影响轻微，但随金属铝粉加入量的增大．其总发气量及发起速率均会明显增加。所以在配制防爆浇注料时，切不可单独追求发气造孔防爆而过最添加金属铝粉。随水泥量的增加，金属铝粉的起始发气时间随之缩短：发起速率，随水泥最的增加则变化甚微．无水泥的刚玉料中金属铝粉几乎不发气。所以在配制防爆浇注料时，除考虑金属铝粉及环境温度外．水泥的用量也不能忽视。此3个因素相互关联，遗诵漏或考虑不充分都会对防爆浇注料的防爆性或物理性能造成较大影响。

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