发火合金亦称为
引火合金或打火石合金。以粉末状存在与空气接触后可以自燃的合金,包括一些稀土合金和锆合金等,铁、钴、镍、钒、钛、锰等金属的粉末也具有这种发火性质,称为发火金属,在一定角度受到金属(如钢)的撞击和摩擦能产生强烈火花的合金。
简介
发火合金按成分可分为非稀土系和稀土系两类。非稀土发火合金是用锆、钛、锡、铅、锑制成的合金,这类合金大都含有锆,或者含有钛和锆,为早期使用的发火合金。自从1903年奥地利人韦尔斯巴赫(A.von Welsbach)研制出由混合
稀土金属和铁构成的稀土发火合金以后,稀土发火合金便在发火合金中占有主导地位。这种合金主要用作打火机的打火石,并且广泛应用于曳光弹、子弹和炮弹的引信、
点火装置和其他军事设施上。工业上生产的稀土发火合金一般含有20~30%左右的铁,有的含有2~3%左右的镁。
稀土发火合金主要采用熔炼-挤压工艺生产,也采用
粉末冶金和铸造工艺生产。熔炼-挤压工艺是将发火合金熔化铸造成锭,在400~600℃下挤压成直径为2.5毫米左右的细条,切断后,在表面上喷涂防蚀剂即成。此法生产效率高、成本低。近年将发火合金制成粉末,用于制造发火武器以及其他装置中的引火材料。稀土发火
合金粉末中含硅20%,锌25~40%或碳8~10%。
发火合金的物理性能和用途
一般制造发火合金广泛应用
混合稀土金属,其中以铈为主。含有镧、镨、钕等轻稀土金属元素。利用稀土金属的化学性质活泼,对氧的亲和力强,而铈组金属的燃点很低(铈为165℃,镨为190℃,钕为270℃)并且燃烧时放出大量的热。例如,燃烧1g金属铈放出4.4411KJ热量。当这些金属(特别是铈)在不平的表面摩擦时,其细粉就自燃,但质地软而不宜作打火石原料。打火石制造是采用以铈为主的混合稀土金属铁合金,其中还配入适量的镁、锌、铜等,以增强打火石的发火性、耐磨性及耐腐蚀性能。
发火合金的密度约为6.7~6.89/cm3,熔点670~700℃,维氏硬度130~170HV。燃点很低,发火性能优良,因此广泛应用于打火机、发火玩具、工业火炬点火器等发火合金中,在军事工业上用于制造子弹或炮弹的引信及引燃装置。
化学成分和技术条件
打火石的化学成分与火石的组织结构、发火性能等有很大关系,必须选择最佳配方,打火石常见的化学成分见下表:
1、打火石的技术条件(GB 4383—84)如下:
发火率≥95%;
耐磨次数600次以上/粒;
硬度值130~170HV。
2、规格按外形长度划分见下表:
打火石合金中各元素的作用
1、稀土金属
稀土金属是打火合金的
基体,是主要成分,它与氧的亲和力大,反应时放出大量的热量。
2、铁元素
铁是合金中的主要填料,可提高合金硬度,与稀土铈作用,生成CeFe5,CeFe2等
金属间化合物,含Fe在12%以下时,加工性能良好,发火性能差,但含Fe量高于25%时,则硬度高、挤压力大、成型不良。
3、镁元素
镁能与稀土铈生成Ce-Mg中间化合物,燃点很低,增强发火性能。含镁量高于5%,发火性能虽好,但挤压成型压力高;含镁量太低,则发光性能差,合金中晶粒细化,使合金带有韧性,摩擦时不能粉化,打出的火不是火花而是焰。
4、锌元素
合金中的锌,无助于发火性,但可增加合金的密度和防腐蚀性能,因此,锌的含量不宜高。
5、铜元素
在合金中加入少量的铜对打火石的发火性能、耐磨性能和储存稳定性无不良影响,而对降低压力有效,但铜成分不宜太高(对挤压不利)。
发火合金生产工艺
用混合稀土金属及铁为原料,加入镁、锌、铜等少量元素,用
石墨坩埚在
中频电炉内加热熔炼、烧铸成锭,经热挤压成型单孔连续出条再切粒、选粒、喷漆等一系列加工处理,成为打石产品。其工艺流程如下图1所示:
炉料组成包括金属原料、回炉料、
中间合金及熔剂四类成分。
1、金属料包括混合稀土金(以铈为主的镧、铈、镨、钕、轻稀土金属)、镁、锌、铜、铁。
2、回炉料是指废锭、浇口、切粒、选粒等废料。
3、中间合金
其熔点只有约600℃,在通常的熔炼温度下通过合金化能很快地熔化(纯铜熔点高达1063℃,故须先制成有镁、锌、铜元素的中间合金使用)。
4、熔剂
通常使用KCl、CaCl2、Nacl、MgCl2等为熔剂,主要是造渣、稀释熔渣,使液渣利于分离。
整个工艺过程中的主要工序有熔炼、浇铸(模铸法或管铸法)以及成形(挤压成形法和粉末成形法)。