Page 185 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 黄钰雄，等： 硬脂酸包覆铝粉爆炸火焰传播机理研究 第 9 期

explosion flame propagation. The results indicated that as the dust concentration increased, the fullness and continuity of the
explosion flames for 5%, 10%, and 15% SA@Al dust first increased and then decreased, with the average flame propagation
velocity showing a trend of first rising and then falling. The flame propagation velocity reached its maximum at a dust
concentration of 500 g/m³. In contrast, the explosion flame propagation velocity of pure aluminum powder reached its
maximum at 750 g/m³, suggesting that the stearic acid coating layer promotes the propagation of the aluminum powder
explosion flame. Additionally, under each dust concentration, the explosion flame of 10% coating concentration SA@Al was
the most intense, with the highest average flame propagation velocity. The temperature rise of the SA@Al explosion flame
with different dust concentrations mainly consisted of two stages: a rapid heating stage and a slow heating stage. The rapid
heating stage exhibited higher temperature sensitivity for reactions R2, R11, and R10, while the slow heating stage exhibited
higher temperature sensitivity for reactions R5 and R11. The dust concentration significantly affected the rate of temperature
rise in the slow heating stage, resulting in the highest explosion equilibrium temperature for SA@Al at 500 g/m³. The
combustion of the stearic acid coating promoted the oxidation of the aluminum core, thereby strengthening the explosion
reaction. However, high dust concentration led to limitations in O radicals, which weakened the reaction intensity to some
extent.
Keywords: coated aluminum powder explosion; dust concentration; flame propagation; chemical reaction kinetics

为了防止超细铝粉氧化，保持铝粉活性，学者们研发了一系列包覆技术以改良超细铝粉的综合性
能，诸如镍、金属氧化物、有机酸、聚合物、含氟高聚物以及碳氢化合物 [1-7] 等皆可作为表面包覆材料。
目前，包覆型铝粉因其卓越的抗氧化性、耐水化性和良好的流变性 [1-2] ，被广泛应用于含能材料、耐火材
料和颜料涂料等领域 [3-4] 。然而，铝粉具有爆炸危险性 [5-6] ，研究表明，大部分表面包覆材料在一定程度上
可以提升铝粉的点火及燃烧性能，增强铝粉的爆炸强度。例如：Escot Bocanegra 等 [7] 发现，微米 Al 颗粒
经 Ni 包覆后，由于液态 Al 核与 Ni 固体壳之间的高能金属间反应，粒子点火时间大大缩短。Jiang 等 [8]
研究了 Al-Ni 机械合金的爆炸强度和点火敏感度，结果表明，随着镍含量的增加，镍铝化物的合成热先增
加后减少，铝粉的爆炸强度也随之先增大后减小，粉末对静电点火的敏感性将随着镍含量的增加而增
[9]
加。Lyu 等 研究了纳米 Al/CuO 铝热剂对煤油燃料点火和燃烧性能的影响，结果表明，CuO 的加入促进
了纳米 Al 颗粒的放热过程，从而促进了纳米 Al 基煤油液滴的着火和燃烧，其中纳米 Al/CuO（5%）/煤油
在团聚体燃烧阶段表现出最高的发射光谱强度，燃烧产物粒度均匀，燃烧效率最高。Xiao 等 [10] 对单宁酸
（TA）和 Fe(Ⅲ) 离子包覆铝粉（Al@TA-Fe）的着火温度进行了研究，结果表明，Al@TA-Fe 中的 TA-Fe 界
面层能有效促进铝粉着火，抑制燃烧过程中铝液的团聚，使其具有更高的燃烧速度。Xu 等 [11] 研究了
Al/聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）复合材料中 PTFE 含量对铝基材料爆炸特性的影响，结果表
明，随着氟元素含量的增加，火焰传播速度先降低后升高，PTFE 添加剂可以加速氧化过程，释放更多的
热量，避免或减少因产生冷凝相而造成的两相损失。
硬脂酸（stearic acid，SA）是一种成本低廉的长链饱和脂肪酸，常被用作铝粉的表面包覆剂，其良好的
疏水性能可以有效防止电解液和水分渗透至铝表面，从而抑制铝的腐蚀反应，提高铝粉的适应性、耐水
性和稳定性 [12] 。此外，硬脂酸受热易分解氧化，其燃烧焓变较高，可提高铝单位质量释放的燃烧焓，有利
于提高铝在固体推进剂中的转化率和热释放率 [13] 。这一特点也说明硬脂酸包覆铝粉（SA@Al）在生产、
处理和加工过程中具有潜在的爆炸危险性。Li 等 [14] 研究了 SA@Al 的爆炸特性，结果表明，SA@Al 的最
大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均大于铝粉，硬脂酸显著增强了铝粉的爆炸危险性和破坏性。研
究 SA@Al 的火焰传播特性及机理，有助于了解其爆炸发生的本质规律，对于从根源上防控 SA@Al 爆炸
事故具有重要的理论意义。基于此，本文中，以硬脂酸为表面包覆剂，采用溶剂蒸发法制备了壳-核结构
的 SA@Al，并利用改进的哈特曼管实验装置进行实验，研究在半开敞空间内不同粉尘浓度的 SA@Al 粉
尘爆炸时的火焰传播特性，分析 SA@Al 粉尘爆炸的火焰传播规律并探讨其爆炸火焰传播机理，以期为
预防包覆型铝粉的爆炸和制定有效防护措施提供依据。

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