專利名稱：一種阻隔防爆材料及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及抑爆材料，尤其涉及一種阻隔防爆材料及其制造方法。
背景技術：
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)，即當高壓儲罐遇火時，罐 內迎火面的罐壁形成滯留氣泡阻礙熱量傳遞，液面之上的干壁也會因為被過度加熱而金屬 強度下降，由此出現內部壓力升高，外部金屬受高溫，發(fā)生蠕變，強度下降的惡性局面，從而 造成容器斷裂，形成爆炸。美國在上世紀七十年代(1970’ )開始在軍事設施設備上率先使用聚氨酯泡沫抑 爆填料，后逐漸開發(fā)和應用了金屬泡沫抑爆填料。通過不斷地革新和完善，現在全世界對鋁 合金抑爆材料不論是理論上還是實踐中都有了廣泛的認識和應用。國外開發(fā)的著名產品有 Explosafe, Deto-stop、Ex-Co、ExploControl、No-Ex、eXess、EM2 等，國內開發(fā)和應用的產 品有HAN、LF21、JFJ、HFJ等。這些材料的化學組成和成分各不相同，但都以金屬鋁為基，通 過添加不同的金屬元素以及不同的加工工藝形成鋁合金，用來加工成鋁合金抑爆材料。在盛裝有汽油、丙烷、乙炔等液體的容器中，由于存在這些易揮發(fā)物質的蒸汽與空 氣混合氣，極易發(fā)生燃燒和爆炸。鋁合金填料具有導熱性能好，導電性能強，比表面積大等 特點，在充分分布于油箱后，其蜂窩狀的網狀結構，將油箱內腔分為若干個“小室”或“腔 體”，這些“小室”或“腔體”可以有效地遏制火焰的傳播，使燃爆壓力波急劇衰減；同時這種 蜂窩結構的材料在單位容積內具有較高的表面效能，從而具有良好的吸熱性，可以迅速地 將燃燒釋放出來的熱量吸收，使燃燒反應后的溫度降低，反應氣體的膨脹程度縮小，容器內 的壓力值增高不大，使燃燒速度達不到爆炸的極限速度，從而達到抑爆的目的。隨著社會經濟和科學技術的發(fā)展，易燃易爆類液體在各領域的應用越來越 多、越來越廣。這些易燃易爆類液體的性質各異，有些具有強腐蝕性。比如，近年來開 發(fā)的甲醇、乙醇汽油在生活中得到廣泛應用，但甲醇在生產和儲運中可能會產生反應 (CH3OH+O2 — HCOOH+H2O)，氧化生成的甲酸等有機酸對長期浸泡在液體中的金屬抑爆材料表 面造成腐蝕。而表面被腐蝕后的抑爆材料，其導熱、導電性能都將大大降低，會產生碎屑和 鋁銹，從而導致堵塞油路管道。因此，如何增強抑爆材料的抗腐蝕性十分必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種強度高、耐腐蝕、不產生碎屑、不變形的阻 隔防爆材料。本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種簡便、易行的阻隔防爆材料的制造方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種阻隔防爆材料，由切縫并擴展后的鋁合金箔 網制成，具有網狀或蜂窩狀的多孔結構，其特征在于所述鋁合金箔的化學成分重量百分比 為硅 0. 05 0. 15%，銅 1. O 1. 6%，猛 0. 2 0. 5%，鎂 1. O 3. 0%，鋅 3. O 6. 0%，
3鈦0. 02 0. 06%，鋯0. 05 0. 15%，鈧0. 1 0. 3%，其余為鋁。如上1所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將各金屬單質混合后加熱至720 750°C，使全部金屬成液態(tài)，并保持該溫度 1 1. 5小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中；(2)在所述步驟(1)中液態(tài)保溫期間用氮氣和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯 料，在430 480°C保溫24小時，使其均勻化；(3)將所述坯料銑面；(4)將銑面后的所述坯料在380 430°C保溫1小時后，室溫水淬；(5)在380 400°C下，將坯料軋制成厚度為6 6. 5mm、寬度為40 900mm的鋁 合金坯料；并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時；(6)將所述步驟(5)所得到的鋁合金坯料軋制成鋁合金箔；(7)將所述步驟(6)所得的鋁合金箔切縫整形后，拉網擴展為鋁箔網；將該鋁箔網 疊制成型，得到網狀阻隔防爆材料。所述步驟(2)中氮氣的純度為大于或等于99. 999%，且小于100%。所述步驟(6)中的鋁合金箔的厚度為0. 03 0. 08mm、寬度為40 900mm。所述步驟(7)中的切縫長度為10 15mm，相鄰切縫間距為1 3mm和2 6mm。將所述步驟(7)所得的網狀阻隔防爆材料分切整形，制成柱形、矩形或球狀防爆 材料。本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明中的鋁合金所含的Zn和Mg，在合金中可以形成強化相MgZrv由于MgZn2 相在合金中的溶解度隨溫度的降低而急劇下降，因此，具有很強的時效硬化能力；而在固溶 極限范圍內，Zn、Mg含量的提高可以大大提高合金強度。2、由于本發(fā)明在含Zn的合金中加入Cu，而Cu原子可降低晶界和晶內的電位差，因 此，提高了合金的抗應力腐蝕能力，同時，也提高了合金的強度、塑性和重復加載抗力。3,Sc的原子序數為21，是3d型過渡族金屬，又是稀土金屬。鈧的化學性質與稀土 族金屬相同，物理性質和力學性質與過渡族元素相近，在鋁合金中兼有稀土金屬的凈化合 金、改善鑄錠組織的作用和過渡金屬的抑制再結晶作用。Sc在鋁合金中形成與基體共格的 析出相Al3Sc,是面心立方結構，晶格常數與α (Al)基體接近，穩(wěn)定性高，不僅有強烈的時效 硬化效果，而且具有高的熱穩(wěn)定性。鋁合金中的主要合金化元素Mg和Zn與Sc不形成化合 物。由于本發(fā)明中Sc的加入，因此，使得合金組織得以細化，并為沉淀相提供形核核心，使 沉淀相的析出由晶界逐漸擴展到α (Al)基體，更加彌散均勻，減小了晶界與晶內的電極電 位差，形成均勻腐蝕，從而提高了合金的耐蝕性能。4、鋯(Zr)是超高強鋁合金中常用添加元素，它能顯著提高合金的可焊性、合金 再結晶終了溫度和合金耐應力腐蝕性能。研究表明Sc、Zr同時添加到鋁合金中形成的 Al3(Sc，Zr)相是以Al3Sc為基的置換固溶體，Sc,Zr相互置換，晶格類型、晶格常數變化小， 均勻化熱處理過程中大量析出的這種Al3(Sc，Zr)粒子細小彌散地分布在α (Al)基體中， 與基體共格，強烈釘扎位錯及晶界，阻礙位錯運動及晶界遷移，抑制合金再結晶，使合金獲 得結構強化和析出強化，大大提高了合金強度，而合金韌性仍保持較高水平，從而使合金具 有優(yōu)良的綜合力學性能。依靠增加原始固溶體的過飽和度和相應地增加析出產物的彌散度，強化效應可提高1倍多。由于本發(fā)明添加了 &，而&和Al結合形成AlJr金屬間化合 物，這種金屬間化合物有2種結構和形態(tài)從熔體中直接析出的AlJr為四方結構，可顯著 細化合金的鑄態(tài)晶粒；另一種是鑄錠均勻化過程中析出的球形粒子，具有強烈抑制熱加工 過程中再結晶的作用；含&合金淬火敏感性不強，合金的淬透性提高，因此，&的加入有效 地提高了合金的強度、斷裂韌性和抗應力腐蝕性能。5、由于本發(fā)明中添加了錳，但錳與鈧不起作用，不形成金屬間化合物，因此，在含 鈧鋁合金中加錳，像在其它工業(yè)鋁合金中一樣，能提高強度性能和改善合金的抗腐蝕穩(wěn)定 性。6、本發(fā)明中的鈦和鋯一樣，能溶解于Al3Sc相內，置換Sc原子，增強Sc的變質效應。7、本發(fā)明鋁合金含Al、Zn、Mg、Cu、Si、Mn、Ti、Zr、Sc元素，這些元素相互作用，使 得本發(fā)明不僅具有普通抑爆金屬材料導電、導熱性能好，比表面積大的優(yōu)點，同時具有抗腐 蝕、高強度的特點。8、由于本發(fā)明產品具有抗腐蝕、高強度的特點，因此，該產品作為抑爆材料時不產 生碎屑，不變形，尤其適用于腐蝕性較大的易燃易爆液體盛裝容器以及撬裝式加油加氣站 儲罐的安全防護。9、由于本發(fā)明產品在制造時采用不同溫度退火和不同溫度時效硬化，因此，隨晶 界沉淀相粒子長大、間距增加以及無析出區(qū)變寬，保證了合金的高強度和合金的抗應力腐 蝕性能的提高。
具體實施例方式實施例1 一種阻隔防爆材料，其鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0. 05%，銅 1. 0%，錳0. 2%，鎂 1. 0%，鋅 3. 0%，鈦0. 02%，鋯 0. 05%，鈧 0. 1%，其余為鋁。該阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將上述重量比的各金屬單質置于熔融爐，混合后加熱至720°C，使全部金屬成 液態(tài)，并保持該溫度1. 5小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中。(2)在步驟(1)中液態(tài)保溫期間用純度大于或等于99. 999%、且小于100%的氮氣 和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯料，在430°C保溫24小時，使其均勻化。(3)將坯料用銑面機銑面。(4)將銑面后的坯料在380 V保溫1小時后，室溫水淬。(5)在380°C下，用熱軋機將坯料軋制成厚度為6mm、寬度為900mm的鋁合金坯料； 并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時。采用電子萬能拉伸機、拉伸應力腐蝕 試驗機以及電導儀測試，該合金屈服強度為520MPa，抗拉強度為600MPa，延伸率為8%，合 金導電率為35% IACS。(6)將步驟(5)所得到的鋁合金坯料用冷軋機軋制成厚度為0. 03mm、寬度為900mm
的鋁合金箔。(7)將步驟(6)所得的鋁合金箔經切縫機切縫整形，切縫長度為10mm，相鄰切縫間 距為Imm和2mm;然后，用拉網機展開，擴展為鋁箔網；將該鋁箔網疊制成型，得到網狀阻隔 防爆材料。
將網狀阻隔防爆材料再分切整形，根據需填容器卷繞成柱形、矩形或通過制球機 制成球狀防爆材料。實施例2 —種阻隔防爆材料，其鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0. 15%，銅 1. 6%，錳 0. 5%，鎂 2. 5%，鋅 5. 6%，鈦 0. 06%，鋯 0. 15%，鈧 0. 3%，其余為鋁。該阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將上述重量比的各金屬單質置于熔融爐，混合后加熱至750°C，使全部金屬成 液態(tài)，并保持該溫度1小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中；(2)在步驟(1)中液態(tài)保溫期間用純度大于或等于99. 999%、且小于100%的氮氣 和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯料，在480°C保溫24小時，使其均勻化。(3)將坯料銑面。(4)將銑面后的坯料在430°C保溫1小時后，室溫水淬。(5)在400°C下，用熱軋機將坯料軋制成厚度為6. 5mm、寬度為900mm的鋁合金坯 料；并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時。采用電子萬能拉伸機、拉伸應 力腐蝕試驗機以及電導儀測試，該合金屈服強度為600MPa，抗拉強度為720MPa，延伸率為 11%，合金導電率為38% IACS0(6)將步驟(5)所得到的鋁合金坯料用冷軋機軋制成厚度為0. 08mm、寬度為900mm
的鋁合金箔。(7)將步驟(6)所得的鋁合金箔經切縫機切縫整形，切縫長度為15mm，相鄰切縫間 距為3mm和6mm;然后，用拉網機展開，擴展為鋁箔網；將該鋁箔網疊制成型，得到網狀阻隔 防爆材料。將網狀阻隔防爆材料再分切整形，根據需填容器卷繞成柱形、矩形或通過制球機 制成球狀防爆材料。實施例3 —種阻隔防爆材料，其鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0. 1%，銅 1. 3%，錳0. 3%，鎂 3. 0%，鋅 6. 0%，鈦0. 04%，鋯 0. 1%，鈧 0. 2%，其余為鋁。該阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將上述重量比的各金屬單質置于熔融爐，混合后加熱至730°C，使全部金屬成 液態(tài)，并保持該溫度1. 2小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中。(2)在步驟(1)中液態(tài)保溫期間用純度大于或等于99. 999%、且小于100%的氮氣 和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯料，在450°C保溫24小時，使其均勻化。(3)將坯料銑面。(4)將銑面后的坯料在420°C保溫1小時后，室溫水淬。(5)在390°C下，用熱軋機將坯料軋制成厚度為6. 3mm、寬度為40mm的鋁合金坯料； 并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時。采用電子萬能拉伸機、拉伸應力腐蝕 試驗機以及電導儀測試，該合金屈服強度為590MPa，抗拉強度為700MPa，延伸率為9%，合 金導電率為37% IACS。(6)將步驟(5)所得到的鋁合金坯料用冷軋機軋制成厚度為0. 05mm、寬度為40mm
的鋁合金箔。(7)將步驟(6)所得的鋁合金箔經切縫機切縫整形，切縫長度為13mm，相鄰切縫間 距為2mm和4mm;然后，用拉網機展開，擴展為鋁箔網；將該鋁箔網疊制成型，得到網狀阻隔
6防爆材料。將網狀阻隔防爆材料再分切整形，根據需填容器卷繞成柱形、矩形或通過制球機 制成球狀防爆材料。實施例4 一種阻隔防爆材料，其鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0. 12%，銅 1. 1%，錳 0. 3%，鎂 1. 1%，鋅 3. 3%，鈦 0. 04%，鋯 0. 08%，鈧 0. 15%，其余為鋁。該阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將上述重量比的各金屬單質置于熔融爐，混合后加熱至740°C，使全部金屬成 液態(tài)，并保持該溫度1小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中。(2)在步驟(1)中液態(tài)保溫期間用純度大于或等于99. 999%、且小于100%的氮氣 和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯料，在440°C保溫24小時，使其均勻化。(3)將坯料銑面。(4)將銑面后的坯料在390 V保溫1小時后，室溫水淬。(5)在400°C下，用熱軋機將坯料軋制成厚度為6mm、寬度為500mm的鋁合金坯料； 并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時。采用電子萬能拉伸機、拉伸應力腐蝕 試驗機以及電導儀測試，該合金屈服強度為570MPa，抗拉強度為690MPa，延伸率為9%，合 金導電率為35% IACS。(6)將步驟(5)所得到的鋁合金坯料用冷軋機軋制成厚度為0. 03mm、寬度為500mm
的鋁合金箔。(7)將步驟(6)所得的鋁合金箔經切縫機切縫整形，切縫長度為10mm，相鄰切縫間 距為Imm和2mm;然后，用拉網機展開，擴展為鋁箔網；將該鋁箔網疊制成型，得到網狀阻隔 防爆材料。將網狀阻隔防爆材料再分切整形，根據需填容器卷繞成柱形、矩形或通過制球機 制成球狀防爆材料。
權利要求
一種阻隔防爆材料，由切縫并擴展后的鋁合金箔網制成，具有網狀或蜂窩狀的多孔結構，其特征在于所述鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0.05～0.15％，銅1.0～1.6％，錳0.2～0.5％，鎂1.0～3.0％，鋅3.0～6.0％，鈦0.02～0.06％，鋯0.05～0.15％，鈧0.1～0.3％，其余為鋁。
2.如權利要求1所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，包括以下步驟(1)將各金屬單質混合后加熱至720 750°C，使全部金屬成液態(tài)，并保持該溫度1 1. 5小時，使各金屬均勻分散于熔融液相中；(2)在所述步驟(1)中液態(tài)保溫期間用氮氣和六氯乙烷除氣精煉后鑄錠形成坯料，在 430 480°C保溫24小時，使其均勻化；(3)將所述坯料銑面；(4)將銑面后的所述坯料在380 430°C保溫1小時后，室溫水淬；(5)在380 400°C下，將坯料軋制成厚度為6 6.5mm、寬度為40 900mm的鋁合金 坯料；并將該坯料在120°C恒溫10小時，180°C恒溫10小時；(6)將所述步驟(5)所得到的鋁合金坯料軋制成鋁合金箔；(7)將所述步驟(6)所得的鋁合金箔切縫整形后，拉網擴展為鋁箔網；將該鋁箔網疊制 成型，得到網狀阻隔防爆材料。
3.如權利要求2所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中 氮氣的純度為大于或等于99. 999%，且小于100%。
4.如權利要求2所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，其特征在于所述步驟(6)中 的鋁合金箔的厚度為0. 03 0. 08mm、寬度為40 900mm。
5.如權利要求2所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，其特征在于所述步驟(7)中 的切縫長度為10 15mm，相鄰切縫間距為1 3mm和2 6mm。
6.如權利要求2所述的一種阻隔防爆材料的制造方法，其特征在于將所述步驟(7) 所得的網狀阻隔防爆材料分切整形，制成柱形、矩形或球狀防爆材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻隔防爆材料，由切縫并擴展后的鋁合金箔網制成，具有網狀或蜂窩狀的多孔結構，其特征在于所述鋁合金箔的化學成分重量百分比為硅0.05～0.15％，銅1.0～1.6％，錳0.2～0.5％，鎂1.0～3.0％，鋅3.0～6.0％，鈦0.02～0.06％，鋯0.05～0.15％，鈧0.1～0.3％，其余為鋁。同時，本發(fā)明還公開了該防爆材料的制造方法。本發(fā)明所得的材料不僅具有普通抑爆金屬材料導電、導熱性能好，比表面積大的優(yōu)點，同時具有抗腐蝕、高強度的特點，該材料作為抑爆材料時不產生碎屑，不變形。該材料尤其適用于腐蝕性較大的易燃易爆液體盛裝容器以及撬裝式加油加氣站儲罐的安全防護。
文檔編號C22C21/10GK101906561SQ20101010697
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權日2010年2月2日
發(fā)明者王亮, 王小華, 王瑞海, 賈永忠, 陳樓 申請人:北京福吉長安防爆材料有限責任公司;青海省安全生產科學技術中心