Получение наноразмерных порошков алюминия с

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).