CN109913697A - 一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
金属锆由于发火点低、燃烧产物无污染，因此常被用作制备点火药或冷光烟花的可燃组分。但其在空气中燃烧时，火焰呈银白色，观赏效果一般。本发明针对新型安全、环保型冷光烟光装置对多波长辐射可燃剂的使用要求，利用不同金属电子跃迁时辐射出不同波长的可见光，采用球形离心雾化技术，以金属锆作为主体，加入其它金属可燃剂制备成金属合金可燃剂，通过对粉体燃烧时辐射波段进行调整，实现了对冷光烟花“上色”的目的。同时，本发明中制得的粉体并非氧化还原体系，在使用过程中只与空气中的氧气反应，从而避免了存放、运输、使用时发生意外的燃烧爆炸事故。
Description
技术领域
本发明属于含能材料体系中的新型金属可燃剂制备技术领域，具体涉及一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法。
背景技术
冷焰火是一种新型高科技焰火产品，它是一种采用燃点较低的金属粉末，经过一定加工而成的无焰冷光烟花，适用于舞台效果和节日庆典设计。一般来说，它安全性高、亮度大、烟雾小、环保无污染。由于具有较好的燃烧和发光特性，金属锆常常被用作冷光烟花的发光药剂，其燃烧时火星呈银白色分叉火花，且无烟、无汽，具有良好的观赏和环保特性。
当一些金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内(波长为400nm～760nm)，因而能使火焰呈现颜色。但由于这些金属的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，在波谱里这些不同波长的光对应不同的色光而使火焰显现不同的颜色。一般通过焰色反应判断物质里含有的金属元素，例如焰色反应为红色含有钙元素，焰色绿色含有铜元素，蓝色则含有钴元素。色光三原色是指红、绿、蓝三种色光。光线会越加越亮，三种色光中两两等量加合可以得到更亮的中间色如由红光和绿光加合得到黄光、由红光和蓝光加合可得到紫光、绿光和蓝光加合可得到青光，三种等量组合可以得到白色。因此，由三原色可得到所有颜色的色光。
本发明的目的是设计和制备出一种在燃烧时电子跃迁释放的光谱谱线集中在某种色光(如红色)谱线区域的合金粉体，进而使得冷光烟火的颜色能够呈现其他颜色(如红色)，达到更加良好的观赏效果。锆属于高熔点稀有金属，密度约为6.5g/cm3，熔点为1852℃，沸点为4377℃，是一种耐高温的金属，锆的粉体呈浅灰色，在空气中容易氧化，最小点火能5～40mJ，着火点很低(约210℃)，属于极为活泼的物质，很易发生燃烧，具有燃烧速度快和高燃烧热量等优点，主要用于核工业及耐腐蚀合金、闪光灯、烟花等的制造，用在炮弹、导火管、炸弹定时信管的燃料中。
将锆和铜、钾、钙、钠等的一种或几种制备成合金，由于合金粉体中含有锆，其点火性较好。点燃后其辐射特性表现为合金中几种金属辐射的综合作用。从而呈现多种颜色的烟光效果。
发明内容
1.一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，该合金有良好的点火和燃烧特性，同时在一般的贮存和工艺条件下不易被氧化。
2.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体中锆和其它金属可各自结晶或者形成少量互化物。
3.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其中锆和其它金属的含量在较大范围内可调，锆在合金中的质量含量为65％～85％，其它金属含量为15％～35％。
4.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其特征在于合金粉体粒度范围在0.3μm～800μm，圆度值0.82以上。
5.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其非晶合金密度值为2.34g/cm3～8.9g/cm3。
6.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其特征在于将粉体加入到温度为400℃的平板加热器上，粉体燃烧释放的光，其波长在可见光的波长范围(波长为400nm～760nm)内。
7.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其制备过程中采用绝氧、闭环、强机械混合、金属锭预熔化及快速冷凝装置，可实现合金的高纯度合金化。
8.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金属锭表面除杂；
(2)打开气体及液体通道的阀门，向设备中充入惰性保护气体；
(3)关闭预熔化炉的液体出口阀门，加热使金属熔化；
(4)打开液体通道阀门，将各金属组元按照预设置配比导入雾化炉中的碟式雾化器上，在雾化器上混合后喷出形成球形液滴；
(5)在雾化罐中通入低温高纯氩气，使雾化液滴快速冷凝，形成合金粉体；
(6)将收集的合金粉体进行旋风分离并过筛，实现粒度分级，并密封包装。
9.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体制备方法，其特征在于，所述预熔炉、机械混合炉的坩埚均为耐高温的喷涂陶瓷内层的坩埚，可耐高温达2000℃，有效防止液态金属对炉体、坩埚等的溶解。
10.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，所述熔化、混合、引流、雾化、冷凝及筛分过程是连续、闭环的，且均采用惰性保护气防止粉体被氧化。
11.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，在气体冷却塔内采用液氮对惰性气体直接降温，使吹扫气降到-80℃以下的超低温度；
12.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，所述惰性气体为高纯(纯度为99.99％以上)氩气或氦气等。
13.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，所述高速离心雾化的离心机转速为10000～60000转/分钟。
14.金属锆和其它金属分别在不同的预熔化炉进行熔化，预熔化炉采用中频辐射加热，同时熔化过程在惰性气体保护下完成。熔化后的液态金属分别通过导流管进入到进入雾化炉中，液态金属在碟式雾化器上混合后被喷出形成球形液滴，通过控制雾化参量来控制雾滴的尺寸。采用从气体冷却塔中流出的超低温气体对球形雾滴进行吹扫，使其快速冷凝，从而使其表面较圆滑，同时具有较高的圆度值。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案作进一步的说明。本发明所提到的比例“份”如果没有特别标记，均以质量为单位。
本实施例提供了一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其组分及质量百分比为金属锆含量为65％～85％，其它金属含量为15％～35％。
本实施案例中，通过预熔化炉技术，以及在碟式雾化盘上强机械混合技术，减少金属液态共存的时间，从而降低其参加互化反应的量，从而使合金中有大量的单晶相的锆和其它金属。
本实施案例中所述多波长冷光烟花用金属合金粉体制备方法，采用高速离心喷雾将高温熔融的其它金属和锆的母合金溶液喷出，同时采用快速冷凝技术，在液滴下落到腔体壁面之前就形成冷凝成固态，避免液滴与壁面撞击再次破碎或变形，使其保持较高的球形度。
本实施案例中多波长冷光烟花用金属合金粉体制备过程中，金属锭需进行预处理，以便除去表面氧化膜；在金属锭加热熔化、混合、喷雾、冷凝成型的整个过程中均在高纯惰性气体的保护下进行，避免在高温条件下被氧化，提高多波长火光烟火金属合金粉体中活性金属含量。
实施例1
按如下步骤制备锆-铜(85-15)合金粉：
(1)将锆锭和铜锭分别放入两个预熔化炉中抽真空后，采用高温惰性气体吹扫，除去表面吸附的含氧化性气氛的气体；
(2)利用中频加热圈对炉体进行加热，含锆锭的炉体加热到1860℃，含铜锭的炉体加热到1538℃，并采用氩气进行保护；
(3)将液态锆和液态铜通入雾化炉中的碟式雾化器上，通过控制各自的流速来实现85:15的质量配比。在碟式雾化器上混合均匀，混合后被喷散成小液滴，通过控制离心机转速等参量来控制金属液滴的尺寸；
(4)将合金小液滴快速冷凝，形成低氧化固态球形锆-铜合金粉体；
(5)采用振动筛对合金粉体进行粒度分级，之后进行密封包装。
其中，筛分后过325目筛，筛下金属合金粉体的粒度为8μm～51μm，圆度值为0.85。将该粉末在平板加热器上加热点燃后，呈绿色火焰。
实施例2
按如下步骤制备锆-钡(75-25)合金粉：
(1)将锆锭和钡锭分别放入两个预熔化炉中抽真空后，采用高温惰性气体吹扫，除去表面吸附的含氧化性气氛的气体；
(2)利用中频加热圈对炉体进行加热，含锆锭的炉体加热到1860℃，含钡锭的炉体加热到727℃，并采用氩气进行保护；
(3)将液态锆和液态钡通入雾化炉中的碟式雾化器上，通过控制各自的流速来实现75:25的质量配比。锆液和钡液在碟式雾化器上混合均匀，混合后被喷散成小液滴，通过控制离心机转速等参量来控制金属液滴的尺寸；
(4)将合金小液滴快速冷凝，形成低氧化固态球形锆-钡非晶合金粉体；
(5)采用振动筛对合金粉体进行粒度分级，之后进行密封包装。
其中，筛分后过325目筛，筛下金属合金粉体的粒度为15μm～47μm，圆度值为0.92。将该粉末在平板加热器上加热点燃后，呈绿色火焰。
实施例3
按如下步骤制备锆-钴(65-35)合金粉：
(1)将锆锭和钴锭分别放入两个预熔化炉中抽真空后，采用高温惰性气体吹扫，除去表面吸附的含氧化性气氛的气体；
(2)利用中频加热圈对炉体进行加热，含锆锭的炉体加热到1860℃，含钴锭的炉体加热到1500℃，并采用氩气进行保护；
(3)将液态锆和液态钴通入雾化炉中的碟式雾化器上，通过控制各自的流速来实现65:35的质量配比。锆液和钴液在碟式雾化器上混合均匀，混合后被喷散成小液滴，通过控制离心机转速等参量来控制金属液滴的尺寸；
(4)将合金小液滴快速冷凝，形成低氧化固态球形锆-钴非晶合金粉体；
(5)采用振动筛对合金粉体进行粒度分级，之后进行密封包装。
其中，筛分后过325目筛，筛下合金粉体的粒度为11μm～87μm，圆度值为0.84，将该粉末在平板加热器上加热点燃后，呈蓝色火焰。
Claims (14)
1.一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，该合金有良好的点火和燃烧特性，同时在一般的贮存和工艺条件下不易被氧化。
2.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体中锆和其它金属可各自结晶或者形成少量互化物。
3.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其中锆和其它金属的含量在较大范围内可调，锆在合金中的质量含量为65％～85％，其它金属含量为15％～35％。
4.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其特征在于合金粉体粒度范围在0.3μm～800μm，圆度值0.82以上。
5.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其非晶合金密度值为2.34g/cm3～8.9g/cm3。
6.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其特征在于将粉体加入到温度为400℃的平板加热器上，粉体燃烧释放的光，其波长在可见光的波长范围(波长为400nm～760nm)内。
7.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体，其制备过程中采用绝氧、闭环、强机械混合、金属锭预熔化及快速冷凝装置，可实现合金的高纯度合金化。
8.如权利要求1所述，一种多波长冷光烟花用金属合金粉体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金属锭表面除杂；
(2)打开气体及液体通道的阀门，向设备中充入惰性保护气体；
(3)关闭预熔化炉的液体出口阀门，加热使金属熔化；
(4)打开液体通道阀门，将各金属组元按照预设置配比导入雾化炉中的碟式雾化器上，在雾化器上混合后喷出形成球形液滴；
(5)在雾化罐中通入低温高纯氩气，使雾化液滴快速冷凝，形成合金粉体；
(6)将收集的合金粉体进行旋风分离并过筛，实现粒度分级，并密封包装。
9.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体制备方法，其特征在于，所述预熔炉、机械混合炉的坩埚均为耐高温的喷涂陶瓷内层的坩埚，可耐高温达2000℃，有效防止液态金属对炉体、坩埚等的溶解。
10.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，所述熔化、混合、引流、雾化、冷凝及筛分过程是连续、闭环的，且均采用惰性保护气防止粉体被氧化。
11.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，在气体冷却塔内采用液氮对惰性气体直接降温，使吹扫气降到-80℃以下的超低温度。
12.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，所述惰性气体为高纯(纯度为99.99％以上)氩气或氦气等。
13.如权利要求8所述的一种多波长冷光烟花用金属合金粉体及其制备方法，其特征在于，所述高速离心雾化的离心机转速为10000～60000转/分钟。
14.金属锆和其它金属分别在不同的预熔化炉进行熔化，预熔化炉采用中频辐射加热，同时熔化过程在惰性气体保护下完成。熔化后的液态金属分别通过导流管进入到进入雾化炉中，液态金属在碟式雾化器上混合后被喷出形成球形液滴，通过控制雾化参量来控制雾滴的尺寸。采用从气体冷却塔中流出的超低温气体对球形雾滴进行吹扫，使其快速冷凝，从而使其表面较圆滑，同时具有较高的圆度值。
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