第5章 先进的当代汽车铝材教材

第5章先进的当代汽车铝材5.1易燃易爆流体运输储存抑爆铝箔随着工业的发展，油品及其他易燃易爆液态及气态危险化学品的运输和储存量越来越大，发生爆炸及火灾事故也会多一些，影响大，危害广，给人们生活和企业生产带来了很大影响。因此，抑制油品、液化气和危害化学品的爆炸和火灾就愈来愈引起人们的关注。据美国的粗略统计，1979年度由于爆炸而造成的财产损失超过1.5亿美元⑴。中国由易燃易爆危险品引起的爆炸损失也相当惊人，1992年秦皇岛油库爆炸事件，而后深圳市危险品仓库又发生大火给我们敲响警钟；2009年中国有约2800万个液化气罐，自20世纪70年代中期居民家庭开始使用罐装液化气以来已发生爆炸事件上千次，造成生命财产的重大损失。由此可见，易燃、易爆气体、液体储罐、槽、箱的安全防爆是一个刻不容缓而又不容忽视的重大问题。5.1.1铝合金抑爆材料[2_6]为了防止容器内易燃、易爆液体、气体或粉尘的爆炸，可向容器内放置一种抑爆材料或抑爆装置，在发生意外事故时，能防止容器发生爆炸。抑爆装置由检测初始爆炸的传感器和压力式灭火剂罐组成，它在接受动作信号后，需在毫秒级时间内使灭火剂罐开启，立即喷出灭火剂，结构复杂，价格也不菲，维护工作量也大，使用时还受到灭火粉剂每秒几十米扩展速度的限制，当可燃物质的爆炸强度高时，抑爆剂无法对爆炸进行有效的抑制，而只能起到限制爆炸范围的作用。因此，必须研制新的抑爆材料。国外西班牙科学家在20世纪60年代研制成泡沫状聚氨脂抑爆材料，将其装填于容器中，其中的孔洞可以起到阻燃与抑爆的作用，又不会妨碍流体在其中自由流动。但在湿、热的环境下，浸泡在燃油中的聚氨脂泡沫会因水解而破碎，其使用期限只有2~5年。80年代加拿大、奥地利等国又研制了新型的金属抑爆材料，克服了聚氨脂泡沫抑爆材料的缺点，在军事、工业、交通运输和日常生活中得到了应用。他们试验过Cu、Ni、A1等泡沫金属与丝状编织物，但由于制造工艺复杂，成本较高等原因而没有采用。目前国外应用的金属抑爆材料是由3003铝合金制造，一种是呈蜂窝形的网状，另一种是球状的。由于球的直径较小，可以从油箱的加油孔中直接加人，使用比较方便，缺点是在每立方米中的加人量和所占的体积较网状抑爆材料的大。金属抑爆材料是一种用金属制造的蜂窝状结构，将它装入存放易燃、易爆的流体容器后，在发生意外事故时，可以防止或抑制容器内可燃气体或蒸气的爆炸，避免容器破坏。从抑爆效果和使用性能考虑，抑爆材料的原材料应具有良好的导热性，高的热容量，低的密度和一定的力学强度性能。中国兵器工业部第五二研究所率先在中国研发抑爆材料，其性能已达到国外同类产品的水平。他们研制的铝合金网状与球状材料采用铝合金，不但强度高，工艺性能好，而且有一定耐蚀性，在一定时间内不会影响燃料的性能，不需要特殊的维护。加入容器中的网状抑爆材料仅占容积的，加人量约为容积该种材料具有足够力学强度，即使在盛装燃料的容器发生激烈晃动时，也不会破损或变形。他们曾将网状抑爆材料装人的容器中，再将水加至容器高度的，水平晃动容器运动频率次，移动距离。经过的晃动后，抑爆材料无变形或破损。抑爆材料可以明显地减少容器中液体的晃动程度，使波动的冲击力降低一个数量级。油箱中充填铝合金抑爆材料后，还可以防止容器内静电的产生和积累。5.1.1.1抑爆原理装有易燃、易爆流体容器中可燃气体或蒸气与空气的混合在爆炸极限范围内时，如遇到一定能量的点火源，就会发生爆炸。常规的可燃气体的最大爆炸压力为乙炔的约为2)。可燃气体的最大爆炸压力实际上与容器容积无关，容器容积的大小仅影响燃气体最大压力的上升速度。容器容积小时，最大压力上升速度快。抑爆材料的抑爆原理与灭火器的工作原理相似。油箱爆炸通常是由于燃油的挥发性蒸气快速燃烧，放出大量热量，使油箱内压力急剧增高，超过了油箱本身允许承受的压力。爆炸发生时，封闭容器内产生的最大压力取决于初始压力、气体摩尔数变化和温度变化即：可燃气体发生燃烧反应时，反应前的Ni值与反应后Nf值相差不大。例如，丙烷在空气中完全燃烧，气体摩尔数变化是：C3H8+502+18.8N2=3C02+4H20+18.8N2反应前的Ni=24.8，反应后的Nf=25.8，因此，爆炸产生的压力基本上是由于燃烧过程中温度上升造成的。油箱中放置铝合金抑爆材料后，由于抑爆材料叠层中的网眼组成了蜂窝状的结构，把油箱内腔分成许多很小的“小室”，这些“小室”可以遏制火焰的传播。同时，这种蜂窝结构在单位容积内具有很髙的表面效能，从而具有极强的吸热能力，可以迅速地将燃烧释放的绝大部分热量吸收，使燃烧反应后的最终温度Ti大大降低，反应气体的膨胀程度大为缩小，容器内的压力值增高不大。因此铝合金抑爆材料具有良好的抑爆性能。图5-1是第五二研究所汪之清等[1]在实验室实测了抑爆材料对丙烷气体爆炸压力的影响。由图可见，由于抑爆材料的抑爆原理与一般的抑爆装置不同，它不受抑爆装置接收动作信号后开启灭火剂罐动作时间的限制，因此，即使对于爆炸强度髙的可燃气体，如焦炉煤气、氢气等也有明显的抑爆效果。抑爆材料的性能)装填量与抑爆压力的关系铝合金抑爆材料是利用吸收爆炸气体的热量来抑爆的，因此，在一定容器中加入量越多，抑爆效果也越好，不过此时抑爆材料在容器中所占的体积和使用成本也相应增加。因此，必须求出最佳加入量。为此，汪之清等进行了抑爆材料的装填密度与抑爆性能关系的试验，在筒状密闭器中留出占该容器容积的空腔，其余的容积充填不同密度的网状抑爆材料。在丙烷空气混合浓度、初始压力与试验温度相同的条件下试验。容器中不装抑爆材料时，丙烷-空气混合气的爆炸压力为。试验结果如图所示。抑爆压力s为三个测压传感器所测压力的算术平均值。从图中可以看出，抑爆材料装填密度为时的抑爆压力值为。当装填密度超过此值后，曲线斜率减小，再进一步增加装填密度，抑爆压力的降低比较缓慢。中国盛装石油产品的闭口钢桶的国家标准规定，轻型桶应通过2的水压试验。因此，在一般情况下，将网状抑爆材料的装填密度控制在时，油桶在使用中即使遇到意外事故也是安全可靠的。对于特定的使用对象，例如对爆炸压力高的乙炔、苯等可燃气体或蒸气，具有不同强度或不同工作温度的盛装容器，还需通过专门的抑爆试验确定抑爆材料装填密度。抑爆材料在实际使用中，不一定能把容器空腔百分之百地充填满。例如，有的储存燃料容器中还装有测量燃料储存量的浮子等机构。于是出现了抑爆材料没有完全充满容器，在使用时是否安全可靠的问题。为此，他们在抑爆性能测试装置中进行了装入一定量的网状抑爆村料，改变其留空空腔Vc的抑爆试验。装入网状抑爆材料的量为其名义装填密度为3。容器中不装抑爆材料时，丙烷空气混合气的爆炸压力为〜其他试验条件均相同。得出的试验结果见图。从图中可以看出，随着空腔体积Vc的增加，抑爆压力Ps呈线性关系增加。当Vc从增加到时，抑爆压力尺的增加值仅为左右。因此，将一定量的抑爆材料装入容器后，即使容器中出现少量的空腔也不影响使用效果。第五二研究所合金抑爆箔的主要技术性能见表。几种输油车网状防爆材料的装填量示于表)铝箔防储罐超压爆炸机理抑爆铝箔（合金，厚箔、宽或状态）以网状蜂窝状或球状（中国目前手工揉成团，团的直径决定手容器填装口的大小），它的成分质量分数）、、〜、〜、，其他杂质每个，总计，其余为。属热处理不可强化的铝合金，锰是系合金的一种基本合金化元素，能提高合金的力学性能而又不使合金的抗蚀性下降。铝锰合金在半连续铸造（时有发生晶内偏析的倾向，锰可提高合金的再结晶温度。向铝锰合金中添加少量，可提高合金的抗蚀性，由点腐蚀变成全面的均匀腐蚀。锰还可减少含铁相的脆化作用，即可使