金屬燃料水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型水下航行器動(dòng)力系統(tǒng)，它以金屬／水反應(yīng)作為動(dòng)力源，利用反應(yīng)熱和反應(yīng)產(chǎn)生的高壓氣體推動(dòng)航行體在水下高速航行。該體系的能量密度非常高，因?yàn)檠趸瘎┤∽原h(huán)境中的海水而無(wú)需攜帶，且金屬燃料本身就具有很高的能量水平。常見(jiàn)的水反應(yīng)金屬有鈹、鋁、鎂和鋰等，其中鋁的優(yōu)勢(shì)最為突出。作為地殼中含量最多的金屬元素，鋁無(wú)毒，與水反應(yīng)活性適中，體積能量密度為9．75kcal／cm³，是鎂的1．8倍，鋰的2．4倍，具有3個(gè)價(jià)電子和高達(dá)11．1wt.％的儲(chǔ)氫密度(不考慮水用量)，是最理想的水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。

鋁的氧化產(chǎn)物排列致密，會(huì)阻礙鋁／水反應(yīng)的啟動(dòng)與進(jìn)行，只有達(dá)到1500℃以上，鋁經(jīng)由熔化和氣化，才能與水蒸氣持續(xù)反應(yīng)，這對(duì)鋁應(yīng)用于水下推進(jìn)系統(tǒng)帶來(lái)了極大困難。通過(guò)電爆轟等熱物理手段可以制備納米級(jí)的超細(xì)鋁粉，納米粒子特有的小尺寸效應(yīng)能夠使鋁不經(jīng)氣化直接與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，降低了啟動(dòng)溫度，提高了反應(yīng)效率。但是大的比表面積造就的超強(qiáng)活性，使這種鋁粉對(duì)空氣的濕度十分敏感，極易發(fā)生氧化甚至自燃。

電化學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)低熔點(diǎn)的稀有金屬能夠提高鋁／水反應(yīng)的活性，例如鎵可與鋁形成類似鋁汞齊的結(jié)構(gòu)，穿透氧化膜并破壞其致密性，使鋁／水反應(yīng)在室溫下得以啟動(dòng)。銦與鎵屬同族元素，化學(xué)活性相似，因熔點(diǎn)(156．61℃)高于鎵(29．8℃)，而未受到制氫領(lǐng)域的足夠重視。適中的熔點(diǎn)可使銦在活化鋁的同時(shí)又保持鋁在常溫下的儲(chǔ)存性能，適合被應(yīng)用到推進(jìn)劑中。金屬鎂為表面活性金屬，常用來(lái)降低金屬燃料的點(diǎn)火溫度，可以進(jìn)一步降低鋁／水反應(yīng)的啟動(dòng)條件。

結(jié)果與討論

1)鋁銦鎂三相合金中的銦含量達(dá)到6%時(shí)，在常溫下與水發(fā)生明顯的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程為溶解-再沉積反應(yīng)，配方93Al-5In-2Mg單位質(zhì)量的水反應(yīng)的產(chǎn)氫量?jī)H為0.029mL/mg，對(duì)空氣濕度不敏感，可以安全儲(chǔ)存；

2)鎂的添加量為合金質(zhì)量的2%時(shí)，對(duì)合金粉末儲(chǔ)存最為有利，相同生產(chǎn)工藝下，高于或低于2%都會(huì)影響合金的儲(chǔ)藏性能；

3)鋁銦鎂合金高溫下與水蒸氣反應(yīng)分為4個(gè)階段，前兩階段與金屬燃燒低溫區(qū)模型對(duì)應(yīng)，該反應(yīng)只能在表面進(jìn)行，因此擴(kuò)散過(guò)程是反應(yīng)的決速步，減小粉末粒徑能夠加速反應(yīng)進(jìn)程；

4)每增加1%的銦，在450℃前就可以多反應(yīng)約10%的合金，這對(duì)后續(xù)點(diǎn)火藥和推進(jìn)劑配方有著指導(dǎo)意義；

5)93Al-5In-2Mg的一次燃燒溫度約450℃，二次燃燒溫度約1000℃，優(yōu)于現(xiàn)有鋁粉，并在常溫下對(duì)水呈現(xiàn)惰性，能夠代替現(xiàn)有普通鋁粉和超細(xì)鋁粉，用于水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。