Page 175 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 赵江平，等： 增材制造用铝及铝硅合金粉尘的爆炸特性 第 5 期

利 用 马 尔 文 粒 度 分 析 仪 （ Mastersizer 2000） 及 扫 描 电 子 显 微 镜 （ Gemini360） 分 别 对 铝 及 铝 合 金 粉
尘 样 品 的 粒 度 分 布 （ particle size distribution, PSD） 及 表 面 形 貌 进 行 表 征 ， 结 果 如 图 1 所 示 。 观 察 样 品

扫 描 电 镜 图 片 可 以 发 现 ， 增 材 制 造 用 的 铝 及 铝 合 金 粉 尘 样 品 均 呈 现 球 形 及 卫 星 形 。 铝 及 铝 合 金 粉
尘 样 品 的 中 位 粒 径 （ D ） 分 别 为 25.96、 28.36 和 32.41 µm。 索 特 平 均 直 径 （ D [3,2] ） 能 够 更 准 确 地 衡 量
50
粉 尘 爆 炸 特 性 参 数 [23] ， 本 实 验 中 ， 3 种 样 品 的 D [3,2 ] 分 别 为 10.906、 11.435 和 13.884 µm， 均 非 常 接 近 ，
因此，3 种样品可进行对比实验。

100 100 16
Particle size distribution 8 80 D 50 =28.36 μm 14
Particle size distribution
Particle size distribution/% 60 6 4 Cumulation of PSD/% Particle size distribution/% 60 10 Cumulation of PSD/%
Cumulation of PSD
Cumulation of PSD
80
12
D 50 =25.96 μm
8
40
40
6
4
20
0 2 0 20 0 2 0
0.1 1 10 100 1 000 0.1 1 10 100 1 000
Particle size/μm Particle size/μm
(a) Al (b) Al-12Si
100
Particle size distribution 10
Cumulation of PSD
Particle size distribution/% 60 6 4 Cumulation of PSD/%
80
8
D 50 =32.41 μm
40

20

0 2 0
0.1 1 10 100 1 000
Particle size/μm
(c) Al-20Si
图 1 样品的 SEM 电镜图片及粒径分布
Fig. 1 SEM electron micrographs of samples and particle size distribution

1.2 实验装置
实验装置由 20 L 球形爆炸容器、喷粉系统、点火系统和测试数据采集系统组成，如图 2 所示。首
先，点火头由锆粉、过氧化钡和硝酸钡按照质量比为 4∶3∶3 的比例混合而成，通过导体连接在爆炸容
器内的 2 个电极上。然后，将粉尘装入储存室中，0.6 L 储气罐通过高压气缸增压至 2 MPa，用真空泵将
爆炸容器抽真空至−0.06 MPa，以保证粉尘点燃时容器处于恒压状态。最后，由自动控制系统开启电

磁阀。粉尘通过半球形扩散器由高压空气均匀分散到 20 L 球形爆炸容器中，形成均匀的粉尘云。延迟
60 ms 的点火时间后，点火系统自动点火，导致球形容器内的粉尘云爆炸。使用控制系统的软件处理
采集得到的爆炸压力和爆炸温度随时间变化的曲线，可确定该实验条件下的最大爆炸压力（p max ）、最
大爆炸压力上升速率（(dp/dt) ）和爆炸峰值温度（T ）。为保证实验结果的可靠性，每次测试均重复 3 次
max p
以上。

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