金屬燃料水沖壓發(fā)動機是一種新型水下航行器動力系統(tǒng)，它以金屬／水反應作為動力源，利用反應熱和反應產(chǎn)生的高壓氣體推動航行體在水下高速航行。該體系的能量密度非常高，因為氧化劑取自環(huán)境中的海水而無需攜帶，且金屬燃料本身就具有很高的能量水平。常見的水反應金屬有鈹、鋁、鎂和鋰等，其中鋁的優(yōu)勢最為突出。作為地殼中含量最多的金屬元素，鋁無毒，與水反應活性適中，體積能量密度為9．75kcal／cm³，是鎂的1．8倍，鋰的2．4倍，具有3個價電子和高達11．1wt.％的儲氫密度(不考慮水用量)，是最理想的水沖壓發(fā)動機燃料。

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

電化學領域發(fā)現(xiàn)低熔點的稀有金屬能夠提高鋁／水反應的活性，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／水反應在室溫下得以啟動。銦與鎵屬同族元素，化學活性相似，因熔點(156．61℃)高于鎵(29．8℃)，而未受到制氫領域的足夠重視。適中的熔點可使銦在活化鋁的同時又保持鋁在常溫下的儲存性能，適合被應用到推進劑中。金屬鎂為表面活性金屬，常用來降低金屬燃料的點火溫度，可以進一步降低鋁／水反應的啟動條件。

結(jié)果與討論

1)鋁銦鎂三相合金中的銦含量達到6%時，在常溫下與水發(fā)生明顯的反應，反應過程為溶解-再沉積反應，配方93Al-5In-2Mg單位質(zhì)量的水反應的產(chǎn)氫量僅為0.029mL/mg，對空氣濕度不敏感，可以安全儲存；

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

3)鋁銦鎂合金高溫下與水蒸氣反應分為4個階段，前兩階段與金屬燃燒低溫區(qū)模型對應，該反應只能在表面進行，因此擴散過程是反應的決速步，減小粉末粒徑能夠加速反應進程；

4)每增加1%的銦，在450℃前就可以多反應約10%的合金，這對后續(xù)點火藥和推進劑配方有著指導意義；

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，并在常溫下對水呈現(xiàn)惰性，能夠代替現(xiàn)有普通鋁粉和超細鋁粉，用于水沖壓發(fā)動機。