Получение наноразмерных порошков алюминия с
реклама
А.И. НИЗОВСКИЙ1, М.В. ТРЕНИХИН2, В.Н. КРУЧИНИН1, И.П. ПРОСВИРИН1, В.И. БУХТИЯРОВ1 1Институт 2Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск проблем переработки углеводородов СО РАН, Омск ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВТЕКТИЧЕСКОГО СПЛАВА In-Ga В работе методами рентгеноэлектронной спектроскопии, растровой электронной микроскопии, эллипсометрии исследовался процесс получения и свойства нанопорошков алюминия, приготовленных из массивных алюминиевых сплавов в результате воздействия на них эвтектического сплава In-Ga. Получены данные Взаимодействие алюминия и сплавов на его основе с жидким металлическим сплавом In-Ga приводило к резкому изменению физических и химических свойств исходных образцов. Механическая прочность снижалась, образцы разрушались хрупко, резко повышалась реакционная способность по отношению к воде и спиртам, при взаимодействии с которыми, происходило быстрое разрушение материала, наблюдался интенсивный разогрев и выделение водорода. В дальнейшем формировалась однородная масса, состоящая из высокоактивных наноразмерных частиц металла с размером, зависящим от условий приготовления образца. Целью настоящей работы является исследование процесса получения нанопорошков металлического алюминия с использованием эффекта активирования алюминия жидким сплавом In-Ga и изучение физикохимических свойств полученных материалов. Методами рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС), растровой электронной микроскопии (РЭМ), эллипсометрии исследовался процесс взаимодействия эвтектического сплава, состоящего из In 24% (масс.), Ga 76% (масс.) с Tпл.=15.9ºС с алюминием и сплавами на его основе. Специально созданные условия разрушения материала предотвращали дальнейшее превращение полученных порошков металлического алюминия в гидроксиды и алкоголяты. В процессе взаимодействия активированного материала с водой и спиртами происходило разрушение материала на крупные фрагменты, форма и размер которых зависели от способа и условий получения исходного алюминиевого сплава (прокат, литье и т.д.). Результатом последующей стадии разрушения были порошки, имевшие размер зерен исходного материала. Финальная стадия разрушения позволяла получать нанопорошки алюминия со средним размером 50 мкм. Все исследованные промышленные и специально приготовленные сплавы, а также образцы чистого алюминия, приготовленные разными способами, после активирования жидким металлическим сплавом In-Ga, взаимодействовали с водой и одноатомными спиртами. Существенного взаимодействия активированных сплавов с многоатомными спиртами не наблюдалось. Интерметаллиды, входящие в состав активированных алюминиевых сплавов, при взаимодействии с водой и спиртами в реакцию не вступали. Нанопорошки, изолированные от контакта с атмосферными газами, в течение продолжительного времени не теряли своей активности. Водород, выделяющийся при взаимодействии активированного алюминия с водой, не содержит посторонних примесей и может быть использован в топливных элементах без дополнительной очистки. Использование реакции окисления алюминия водой с выделением водорода позволяет принципиально упростить вопросы, связанные с транспортировкой и использованием водорода в качестве потенциального энергоносителя. При использовании 1 кг алюминия можно получить 1.24 м3 водорода при нормальных условиях. Из всех металлов алюминий является рекордсменом по этому показателю, уступая только литию. Индий, входящий в эвтектический сплав после реакции активированного продукта с водой выделялся из системы в виде металлического In. Конкретные соединения галлия не были достоверно идентифицированы в составе конечного продукта. Методом эллипсометрии в специальном модельном эксперименте, в котором были пространственно разделены границы фаз эвтектический сплав In-Ga/Al и In-Ga/пары воды, показано, что во влажной среде происходит образование гидроксидной пленки на поверхности эвтектического сплава. Предполагается, что механизм разрушения массивного материала и формирования нанопорошков связан с диффузионным переносом алюминия в межзеренном слое In-Ga с образованием тройного жидкого сплава Al-In-Ga с содержанием Al~1%. Высокая локальная температура обеспечивала высокую скорость диффузии растворенного алюминия к поверхности раздела сплав/вода (спирт).
