2019年, 第29卷, 第2期　刊出日期：2019-02-25

  

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Materials Science and Engineering
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  Al-5.46wt.%Zn-1.67wt.%Mg合金的GP区、亚稳η′相和平衡η相的析出动力学

  A.KHALFALLAH,A.A.RAHO,S.AMZERT,A.DJEMLI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 233-241.

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  热分析是研究铝合金行为最常用的技术之一，用于分析Guinier-Preston(GP)带的析出及不同相的形成。本文研究Al-5.46wt.%Zn-1.67wt.%Mg合金的行为。用DSC研究GP区、亚稳η′相和平衡η相从室温到480 °C的析出机制与动力学，升温速率为5、10、15和20 °C/min。根据DSC结果，用JMAK模型和等温计算法得到GP、η′和η的表面激活能分别为56、79和96 kJ/mol，而用Kissinger方法和非等温计算法得到三者的表面激活能分别为57、82和99 kJ/mol。GP、η′和η析出过程中，等温计算的Avrami参数(n)值分别为1.103、1.9075和1.92，而非等温计算的n值分别为0.86、2.30和2.24。结果表明，GP区的形成由锌和镁原子的迁移控制，而η′亚稳相和η稳定相的析出由溶质原子的迁移和扩散控制。
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  纳米晶Al-10Fe-5Cr块体合金的热稳定性

  MuneerBAIG,HanyR.AMMAR,AsifulH.SEIKH,JabairA.MOHAMMED,FahadAL-MUFADI,AbdulazizALABOODI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 242-252.

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  研究具有纳米晶的Al-10wt.%Fe-5wt.%Cr 块体合金的热稳定性。采用机械合金化(MA)方法对初始微晶粒混合粉末进行100 h的球磨，得到纳米晶粒合金粉末，然后用高频感应加热烧结法(HFIHS)烧结成块体材料。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电镜(EFSEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对合金粉末样品和块体样品的显微结构进行表征。对块体样品进行显微硬度和压缩试验，以评价其力学性能。为评价块体试样的热稳定性，分别在573、623、673和723 K下进行压缩试验，应变速率为1×10^-1和1×10^-2 s^-1。与烧结态合金相比，退火后的试样其显微硬度值显著提高，在723 K退火后显微硬度值为2.65 GPa，而烧结态的为2.25 GPa。当应变速率为 1×10^-1 s^-1时，块体合金在300和723 K下的抗压强度分别为520和450 MPa。块体合金的显微结构稳定性归因于与铝形成的如Al₆Fe、Al₁₃Fe₄和Al₁₃Cr₂等含Fe和Cr相以及铝基体中含Cr和Fe的过饱和固溶体。
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  高压和锰添加对流变挤压成形过共晶Al-Si合金富铁相和力学性能的影响

  林冲,吴树森,吕书林,吴和保,陈汉新

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 253-262.

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  研究高压和锰添加对流变挤压成形Al-14Si-2Fe合金富铁相和力学性能的影响。首先，将半固态合金熔体进行超声振动处理，然后挤压成形。结果显示，当挤压力为0 MPa时，无超声挤压成形的Al-14Si-2Fe- (0.4,0.8)Mn合金铸态组织中的富铁相主要由粗大β-Al₅(Fe,Mn)Si相、δ-Al₄(Fe,Mn)Si₂相和骨骼状 α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂相组成。在流变挤压成形下，富铁相首先被超声振动细化，然后压力下的凝固使其尺寸进一步减小。在α相的形成过程中发生包晶反应。当合金成分相同时，流变挤压成形试样比无超声挤压成形试样的抗拉强度高；当成形工艺相同时，Al-14Si-2Fe-0.8Mn合金比Al-14Si-2Fe-0.4Mn合金的抗拉强度高。
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  大应变交叉轧制对高Mg含量Al-Li合金板材组织和性能的影响

  范才河,郑东升,陈喜红,阳建君,刘咏,李慧中

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 263-269.

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  采用透射电镜观察(TEM)、电子背散射成像技术(EBSD)和X射线衍射技术对比分析喷射成形Al-9.8Mg- 1.5Li-0.4Mn合金交叉轧制态板材与挤压态板材的显微组织及织构特征，并测试板材的拉伸性能和深冲性能。结果表明：大压下量交叉轧制能促进动态再结晶的发生、细化晶粒组织以及改善再结晶晶粒的择优取向；与CBA和CCB轧制方式相比，CBB轧制方式显著降低了挤压态合金中典型Brass织构{110}á112？的取向密度，在β取向线上CBB轧制态板材中Copper织构{112}á111？和Brass织构{110}á112？的取向密度均最低，且板材中没有典型的织构特征；同时，CBB轧制态合金板材具有更好的深冲性能，在0°、45°和90°三个方向的力学性能基本一致，其室温拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为617 MPa、523 MPa和大于20.1%，各方向力学性能偏差小于3%。
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  预应力超声喷丸参数对板材弯曲曲率及球面变形的影响

  张涛,李磊,鲁世红,章珈彬,周圳,龚海

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 270-278.

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  采用弹性预应力超声喷丸成形技术解决自由超声喷丸成形中板材弯曲变形不充分及出现大球面变形的问题。通过对弹性预应力超声喷丸成形过程进行理论分析，研究弹性预弯力矩对弯曲变形的影响。为了定量描述喷丸过程中球面变形程度，定义球面变形系数。开展自由喷丸和弹性预应力喷丸实验，分析两种喷丸方式的区别，并研究喷丸成形参数对板材成形曲率及球面变形系数的影响。结果表明，弦向喷丸轨迹有利于提高板材展向弯曲变形、同时减小球面变形系数。大预弯曲率能增大展向弯曲变形，同时减小弦向变形，从而显著减小球面变形系数。大撞针速度、小板厚及小偏置距离均有利于提高展向弯曲变形；在预应力喷丸成形过程中，大撞针速度有利于减小球面变形，而板厚及偏置距离的变化对球面变形系数影响很小。综上，在预应力喷丸成形过程中，预弯曲率及喷丸轨迹是最重要的两个影响参数。本研究可为大厚度翼板类零件的预应力超声喷丸成形过程参数优化提供指导。
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  圆柱体压缩试验中样品-夹具间摩擦对变形不均匀性的影响

  叶显爵,龚晓娟,杨标标,李云平,聂炎

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 279-286.

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  采用有限元方法(FEM)系统研究样品与夹具间摩擦因数m对圆柱形样品内变形不均匀性的影响。结果表明：摩擦水平对变形均匀性的影响十分显著，尽管当m> 0.4时压缩样品的总体几何形状几乎保持不变，变形不均匀性还是随摩擦因数增加而变大。沿压缩样品最大径向方向，有效应变等于等效应变的位置相对于样品的等效应变和摩擦因数而言变化不大。5056B铝合金圆柱体压缩试样的硬度测量中有效应变分布的变化与有限元分析结果相似。实验结果表明，如果在压缩过程中没有发生再结晶或回复，则变形样品的硬度与样品内部的有效应变之间存在定量关系。
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  焊接顺序对6061-T6铝合金汽车结构件焊接残余应力及变形的影响

  易杰,张见明,曹淑芬,郭鹏程,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 287-295.

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  采用ABAQUS软件中的非线性弹塑性有限元方法，对6061-T6铝合金汽车保险杠进行4种不同的双脉冲MIG焊接顺序试验。在4种焊接顺序下焊接后的残余应力和变形均有明显差异。结果表明，在方案A中，最高温度高于基体金属的熔点约200 °C。这种大的温度梯度导致较高残余应力，且残余应力主要集中在横梁与吸能盒的焊缝附近。焊接变形主要是由于横梁两端的收缩和吸能盒的自收缩。与其他焊接顺序相比，方案A中残余应力最小，焊接变形最大。然而，由于方案B有效地降低了残余应力和满足良好的装配要求，因此，方案B是本研究得到的最优焊接方案。
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  Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金热压缩过程中的形变促进α→β相变

  李 凯,杨 平

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 296-304.

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  研究Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金在β→α+β相变点以下热缩变形时的动态相变过程。发现在相变点以下0~100 K压缩时会促进应变诱导的α→β相变的发生。压缩过程中的形变储存能为相变提供驱动力。变形过程中位错和亚晶等缺陷增加，促进溶质元素的扩散，溶质元素的重新分布引起两相自由能的重新分布，促进α→β的转变。在{100}取向和{111}取向晶粒中还发现存在取向依赖特征，{111}取向晶粒中不充分的回复为相变提供更大的驱动力。另外，还研究了变形量和应变速率对相变的影响。
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  钛合金中α片层球化分数敏感性分析

  罗 皎,王博哲,王林风,李 莲,李淼泉

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 305-312.

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  基于机理型微观组织模型与梯度算法建立钛合金中α片层球化分数敏感性分析函数，将该函数应用于TC17合金中片层组织球化分数的敏感性分析。基于扫描电镜观测结果定量分析TC17合金等温压缩过程中工艺参数对球化分数的影响规律，并采用遗传算法优化其敏感性分析函数的材料参数。结果表明：当变形温度为1083 K、应变速率为0.01 s^-1、应变为1.2时，TC17合金片层α组织几乎完全转变为等轴α晶粒；随着应变速率的增加，片层α球化分数减少，这主要因为较低的应变速率为动态球化提供了足够的时间；而变形温度对片层α球化分数的影响受应变速率控制。此外，TC17合金片层α球化分数关于应变、变形温度和对数应变速率微分的预测结果与试验结果相吻合。
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  新型Ti-22Al-25Nb-1Mo-1V-1Zr-0.2Si合金的显微组织演变与蠕变变形行为

  何永胜,胡锐,罗文忠,何涛,赖运金,杜玉俊,刘向宏

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 313-321.

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  采用扫描电镜和透射电镜等分析手段研究新型Ti-22Al-25Nb-1Mo-1V-1Zr-0.2Si (摩尔分数，%)合金经不同时效热处理调控的显微组织演变与650 °C、150 MPa下的蠕变变形行为。结果表明，合金的初始显微组织由α₂、B2和O相构成。显微组织对热处理温度非常敏感，随着热处理温度的提高，合金的初始显微组织发生改变，其析出的板条O相的厚度增加，长度变短。而合金的抗蠕变性能与显微组织特征参数和板条O相的体积分数有关，板条O相的厚度增加是蠕变强度提高的主要原因。
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  添加铌和钼对Nimonic 80A合金激光硼化表面显微组织和磨损行为的影响

  N.MAKUCH,P.DZIARSKI,M.KULKA,A.PIASECKI,M.TULI？SKI,R.MAJCHROWSKI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 322-337.

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  在Nimonic 80A合金表面用激光合金法技术制备较厚的表层。 激光表面改性前在材料表面预涂覆3种浆料：非晶硼、非晶硼与钼和非晶硼与铌。详细研究激光处理后表层的显微组织、硬度和耐磨性能。重熔区不同类型硼化物的形成与浆料成分有关，其硬度增加，可达HV 1000左右。通过计算样品和对磨件的质量磨损强度因子I_mw和相对质量损失来评价样品的耐磨性。采用三维干涉显微镜、扫描电镜和电子能谱仪表征摩擦副的磨损行为。与未处理的Nimonic 80A合金相比，激光处理后的合金其耐磨性明显提高。含硼和铌的Nimonic 80A 合金激光合金化后的表面具有最低的质量损失强度因子(I_mw=1.234 mg/(cm²？h))。激光合金化表层的沟槽清晰可见，其磨损机制为磨粒磨损。经激光处理后含硼和铌合金表面的能谱分析图谱中有氧存在，表现出额外的氧化磨损机制。
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  定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟

  闫学伟,郭雄,刘艳领,巩秀芳,许庆彦,柳百成

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 338-348.

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  提高铸件的性能需要对其凝固过程中枝晶的生长深入了解，为此，采用数值模拟方法对定向凝固(DS)过程中枝晶的生长进行详细研究。考虑溶质扩散并耦合宏观温度场建立预测枝晶生长的多尺度模型。采用定向凝固实验验证模型的准确性，冷却曲线以及晶粒形貌的实验结果和模拟结果吻合较好。采用所建立的模型模拟枝晶的竞争生长，讨论分析具有不同结晶取向角枝晶的竞争生长行为。随后，采用模拟和实验的方法对三维枝晶的生长进行研究，模拟和实验结果吻合较好。通过3个不同的算例研究初始形核数对枝晶生长的影响。研究表明：初始形核数对柱状晶起始阶段的生长影响较大，对铸件最终的枝晶形貌和一次枝晶臂间距(PDAS)影响较小。
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  二元调幅分解型合金扩散偶中自组装片层组织的生长现象

  卢勇,崔媛媛,唐巧巧,王翠萍,魏振帮,杨水源,刘兴军,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 349-357.

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  采用耦合弹性场的相场法对调幅分解型合金扩散偶中的片层组织生长现象进行研究，通过考虑浓度起伏和弹性各向异性模拟二元调幅分解型合金扩散偶中的组织演化。模拟结果表明：即使在较大的弹性各向异性条件下，周期性层片组织的层数随着初始浓度起伏的增大而减小。片层组织生长的主要原因可归结于初始界面化学势的不连续所引起的定向扩散。
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  非晶态Ni₅₅Nb₃₅Si₁₀合金的非等温纳米结晶动力学

  H.MINOUEI,G.H.AKBARI,M.H.ENAYATI,S.I.HONG

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 358-364.

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  采用差示扫描量热法(DSC)研究机械合金化制备的Ni₅₅Nb₃₅Si₁₀非晶合金的非等温结晶动力学。结果表明，该非晶合金在加热过程中表现出单级结晶，导致非晶态基体中形成金属间化合物纳米晶体。由基辛格方程确定的合金结晶表观活化能较高(468 kJ/mol)，说明该非晶合金具有较高的热稳定性。采用等转换法对结晶过程中活化能的变化进行研究，活化能从结晶开始一直缓慢降低至结晶分数α=0.35，然后几乎保持不变直至结晶结束。通过测定Avrami指数，解释非晶合金非等温结晶的纳米结晶机理。透射电镜研究表明，在退火过程中通过纳米结晶可对非晶态合金进行微观结构调控。成核速率随时间的延长而减小，结晶机理主要受三维扩散控制生长支配。在Sestak-Berggren自催化模型的基础上，得到定量描述非等温结晶动力学的预测方程。
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  热机械化学法制备Ag-ZnO粉末

  D.GUZMáN,C.AGUILAR,P.ROJAS,J.M.CRIADO,M.J.DIáNEZ,R.ESPINOZA,A.GUZMáN,C.MARTíNEZ

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 365-373.

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  Ag-CdO复合材料由于其优异的电气和力学性能，仍然是低压应用中最常用的电触头材料之一。然而，考虑到由于镉的毒性而对其应用的限制，有必要寻找可取代这种复合材料的替代材料。本研究以Ag-Zn固溶体为原料，采用热机械化学工艺制备Ag-ZnO合金。在138 °C、1200 cm³/min的氧气流下，在改进的球磨机中对合金样品进行热机械化学处理3 h，利用X射线衍射技术、场发射扫描电镜和透射电镜对合成材料的显微组织和相演变进行研究。结果表明，低温下的热机械化学处理可使Ag-Zn固溶体在短时间内完全氧化。这种新的合成方法可以制备出纳米ZnO相均匀分布的Ag-ZnO复合材料，而这是用传统的材料加工方法无法实现的。考虑到改善电触头材料性能的根本途径在于实现Ag基体中第二相的均匀分散，这一新工艺为Ag-ZnO复合材料取代非环境友好的Ag-CdO提供了可能。
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  双喷嘴气雾化技术制备球形AlSi10Mg粉末及其表征

  高超峰,肖志瑜,邹海平,柳中强,陈进,李上奎,张大童,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 374-384.

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  采用自行研制的双喷嘴气雾化技术制备AlSi10Mg合金粉末，研究导液管直径、雾化压力、熔体过热度对粉末特性的影响，引入钝度和赘生物指数概念来表征粉末球形度和卫星粉。结果表明：所制备粉末的粒径中值在25~33 μm范围内，在过热度为350 K条件下，细粉(<50 μm)收得率最高达到72.13%。粉末粒度随着熔体过热度的增大而减小，随着导液管直径的增大而增大。钝度值为96%~98%的粉末占总体的60%以上。所有批次的粉末赘生物指数表明：70%~85%的粉末没有粘连卫星颗粒，只有极少量粉末粘连2个或者3个卫星颗粒。粉末组织中除Al和Si相存在外，还有亚稳态的Al₉Si相生成。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  循环冲击荷载下热处理对花岗岩能量耗散的影响

  舒荣华,尹土兵,李夕兵,殷志强,唐礼忠

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 385-396.

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  深部采矿中高温导致岩石产生热损伤。为了了解循环冲击作用下热处理对岩石能量耗散的影响，运用霍普金森实验系统进行热处理后岩石的循环冲击加载实验，分析能量耗散、能量耗散率、冲击次数、单位体积能耗以及破坏模式与温度之间的关系。实验结果表明：第一次冲击的反射能随着温度的升高逐渐增大并且最终超过吸收能，然而，总反射能在200 °C后随着温度的升高逐渐减小；第一次冲击的吸收能与总吸收能随着温度的升高逐渐减小，能量吸收率也相应减小；与吸收能表现出相似的规律，随着温度的升高，第一次冲击的透射能与总透射能逐渐减小，能量透射率也随之减小，相反地，能量反射率却逐渐增大。随着温度的升高，岩石破坏所需的冲击次数逐渐减少；另外，当岩石经受不同热处理后，其破坏模式也有所不同，即：当温度高时，尽管吸收的能量低，岩石试样在经过几次冲击后破碎成粉状。
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  浸渍二(2-乙基己基)磷酸的海藻酸钙微球去除和回收高硫铝土矿浸出液中的微量钛(IV)

  娄振宁,肖欣,熊英,翟玉春

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 397-406.

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  高硫铝土矿硫酸焙烧的浸出液中含有高浓度的铝，同时存在一定浓度的铁和钛。以生物质海藻为原料，用萃取剂二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)经过简单浸渍，制备海藻酸钙微球吸附剂(CA-P204)用于去除高硫铝土矿浸出液中的钛。红外光谱和X射线光电子能谱表征证明，吸附机理为阳离子交换和螯合作用。柱实验结果表明：CA-P204可从含有Ti(IV)-Al(III)-Fe(III)的高硫铝土矿浸出液中去除钛，当pH=1.0时去除率可达95%，对Ti(IV) 的最大吸附量为66.79 mg/g。3次连续的吸附-脱附实验证明，吸附剂CA-P204 具有较好的可再生性。该方法具有操作简单、价格低廉、没有其他废物排放等优点，同时CA-P204是一个可用于从高硫铝土矿的浸出液中除钛，具有良好应用前景、高效和经济性的吸附剂。
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  α型锂辉石在混酸介质HF/H₂SO₄中浸出锂的动力学

  郭慧,余海钊,周安安,吕梦华,王巧,旷戈,王海东

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 407-415.

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  基于单因素条件实验结果，对α型锂辉石在混酸介质HF/H₂SO₄中不同温度下的浸出动力学进行系统研究。结果表明：在矿物/HF/H₂SO₂比1 g : 3 mL : 2 mL、50~100 °C条件下，锂的浸出过程符合缩核动力学模型，浸出速率主要由表面化学反应以及产物固膜扩散共同控制，表观活化能E_a为32.68 kJ/mol。对固相不溶渣及浸出液组成的分析结果显示：固膜的形成主要由浸出过程中不溶氟化物，如锂钠冰晶石(Na₃Li₂Al₂F₁₂)、钠冰晶石(Na₃AlF₆)、氟化钙(CaF₂)、钾冰晶石(K₂AlF₅)、氟化铝(AlF₃)及少量氟硅酸盐(Na₂SiF₆、KNaSiF₆)的生成所致。此外，氢氟酸添加量及浸出温度可通过影响HF分子在浸出锂、铝和硅间的分配而影响浸出过程的选择性。
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  还原焙烧高岭土中氧化铝和氧化硅的碱浸高效分离

  李小斌,王洪阳,周秋生,齐天贵,刘桂华,彭志宏,王一霖

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 416-423.

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  分别以1273 K单独焙烧60 min的高岭土以及高岭土、氧化铁和煤粉(Fe₂O₃/Al₂O₃/C摩尔比为1.2:2.0:1.2)混合物在1373 K焙烧60 min的还原产物为研究对象，对焙烧产物中氧化铝和氧化硅的碱浸分离进行研究。热力学计算和碱浸实验结果表明，热活化高岭土中铝硅晶石的化学成分接近于3Al₂O₃·2SiO₂，且随着浸出时间的延长而进一步溶解，从而使传统焙烧-碱浸法难以实现高岭土中氧化铝和氧化硅的高效分离。相反，通过添加氧化铁还原焙烧，将高岭土中氧化铝和氧化硅分别转变为铝酸亚铁和氧化硅固溶体（石英固溶体和方石英固溶体），通过碱浸则可以实现还原焙烧高岭土中氧化铝和氧化硅的高效分离。高硅一水硬铝石型铝土矿碱浸实验结果进一步表明，还原焙烧-碱浸法更有利于铝硅酸盐矿物中氧化铝和氧化硅的分离。
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  具有均匀和双峰晶粒尺寸分布的电沉积镍的腐蚀行为

  杨峰,张晓峰,杨虹,刘亦农,郝世杰,崔立山,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(2): 424-436.

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  研究具有均匀和双峰晶粒分布电沉积镍的腐蚀行为。利用SEM、EBSD、TEM和XRD研究样品的显微组织，利用动电位测试法和电化学阻抗谱研究样品的腐蚀行为。结果表明：电沉积纳米晶镍具有(100)和(111)织构。纳米晶镍经不同温度热处理后，可得到具有不同晶粒尺寸分布的样品。晶粒尺寸对样品腐蚀行为的影响依赖于环境钝化能力。当钝化膜在样品表面形成时，耐蚀性随晶粒尺寸的减小而增强；相反，当样品表面无钝化膜形成时，耐蚀性随晶粒尺寸减小而降低。具有双峰晶粒尺寸分布样品的腐蚀行为遵循混合法则。