2019年, 第29卷, 第5期　刊出日期：2019-05-25

  

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Materials Science and Engineering
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  Zener-Hollomon参数对含铁锻造铝合金热变形处理过程中亚结构和织构演变的影响

  EvgeniiARYSHENSKII,JürgenHIRSCH,VladimirBAZHIN,RudolfKAWALLA,UlrichPRAL

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 893-906.

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  研究Zener-Hollomon参数对含铁锻造铝合金(AA8011)亚结构和织构演变的影响。采用X射线织构分析、电子背散射衍射(EBSD)和光学显微镜等技术进行表征。结果表明，Zener-Hollomon参数对含铁铝合金热变形处理过程中立方织构的演变具有显著影响。增大Zener-Hollomon参数会减少热变形过程中立方织构的数量，且能加强退火过程中的颗粒诱发形核 (PSN)的能力。然而，低温热变形处理会导致活性沉淀，这些细而分散的颗粒会阻碍除了产生立方大晶粒的晶核外的所有晶核。综上，在含铁锻造铝合金中，Zener-Hollomon参数与亚晶粒尺寸之间的相关性与在3xxx系列合金中观察到的类似，可以用系列推导方程描述。
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  固溶原子、析出相和变形对Al-Sc-Zr合金组织和性能的定量影响

  管仁国,金红梅,WensenJIANG,王祥,王宇翔,李征,张俭,HuinanLIU,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 907-918.

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  为了研究固溶原子、析出相粒子和冷变形对Al-Sc-Zr合金组织和性能的影响，对连续流变挤压制备的Al-Sc-Zr合金进行形变热处理，采用电导率、强度、显微硬度测试以及光学显微镜、TEM、STEM对合金在不同处理状态下的显微组织和性能进行研究。建立固溶原子、析出相粒子和冷变形对合金导电率定量贡献的数学模型。结果表明：固溶、时效和冷变形都能使合金的强度得到显著的提升，而固溶原子、沉淀粒子和冷变形对Al合金导电率影响值分别是10.5% (IACS)、2.3% (IACS)和0.5% (IACS)。时效和冷变形处理是获得高强高导铝合金导线的关键。
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  固溶处理过程中变质AlSi10MnMg压铸铝合金的组织演化及其对力学性能的影响

  袁梓豪,郭志鹏,熊守美,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 919-930.

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  为了优化变质AlSi10MnMg压铸合金的固溶工艺，采用OM、SEM、EBSD和拉伸试验研究固溶处理对合金组织、力学性能和断裂机制的影响。结果显示，固溶处理可在比传统工艺更低温度、更短时间的条件下完成，能避免表面鼓泡，并在随后的时效过程中获得较好的强化效果。延长固溶时间、提高固溶温度不能提高时效后合金的强度，甚至会对其产生不利影响。固溶过程中(尤其是早期)共晶硅形态的快速演化影响α-Al晶粒间的相互作用，进而改变最终的力学性能和断裂模式。
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  ECAP对A390铝合金显微组织和拉伸性能的影响

  Esmaeil DAMAVANDI, Salman NOUROUZI, Sayed Mahmood RABIEE, Roohollah JAMAATI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 931-940.

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  研究等径角挤压(ECAP) A390铝合金的抗拉强度和伸长率，揭示其显微组织和拉伸性能之间的关系。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对样品的显微组织进行分析。力学性能测试结果表明，经过3道次挤压后，材料的极限抗拉强度(UTS)从铸态的142 MPa提高到275 MPa。与铸态样品相比，当ECAP道次增加到4时，材料的伸长率显著提高。研究发现，随着ECAP道次的增加，材料的强度和伸长率提高，这是因为颗粒的均匀分布、颗粒尺寸的减小和空位的消除，尤其是与原始硅颗粒相邻的空位的消除。断口分析结果表明，当ECAP的道次增加到4时，在合金中形成均匀的圆形韧窝，合金断裂机理由铸态时的脆性断裂转变为韧性断裂。
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  孔隙率与界面结构对高体积分数SiC_p/Al复合材料热学和力学性能的影响

  洪雨,王武杰,刘家琴,汤文明,吴玉程,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 941-949.

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  采用放电等离子烧结技术成功制备具有高热学和力学性能的 50 vol.%SiC_p/Al复合材料，研究烧结温度对复合材料热导率、热膨胀系数和抗弯强度的影响。结果表明，在520 °C下烧结获得的复合材料，导热系数为189 W/(m·K)，热膨胀系数(50~200 °C)为10.03×10^-6 K^-1，抗弯强度为649 MPa。Al 合金基体与SiC 颗粒之间的界面结合良好，复合材料接近完全致密，因而具有较高的热学性能和力学性能。为满足高性能电子封装材料的制备提供一种新的可行方法。
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  复合挤压铸造Al/Al-Cu双金属宏观复合材料中界面相互作用的模拟与实验验证

  MohammadHosseinBABAEE,BehzadNIROUMAND,AliMALEKI,MeysamLASHANIZAND

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 950-963.

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  研究复合挤压铸造的双金属宏观复合材料中两组分之间的热、力学相互作用。首先，采用复合挤压铸造工艺制备Al/Al-4.5wt.%Cu双金属宏观复合材料。然后，利用Thermo-Calc、ProCAST和ANSYS等软件对双金属中的热传递、凝固和沿界面区产生的应力分布进行分析，且研究双金属界面区的结构、铜分布和显微硬度变化。结果表明，Al-4.5wt.%Cu的结构没有明显变化，铜在界面处无明显的微混合和扩散。当定义界面上的等效氧化层，并考虑其对传热的影响时，模拟结果与实验结果吻合较好。这种氧化层使在嵌入物表面形成的局部液体分数下降50%。对产生的应力进行模拟，结果表明，界面应力分布均匀，界面的抗压强度明显低于氧化层的抗压强度，在制备过程中具有良好的稳定性。因此，可以认为，这种连续的氧化层不仅起到热障的作用，还阻止界面上金属间的直接接触。
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  逆向差速搅拌摩擦焊对AA7075与AISI304焊缝性能的影响

  HamedJAMSHIDIAVAL,AltinoLOUREIRO

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 964-975.

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  对比研究传统搅拌摩擦焊(C-FSW)和逆向差速搅拌摩擦焊(DR-FSW)两种工艺搭焊 AISI304不锈钢和AA7075 铝合金的性能。为了减少热输入，采用低轴肩转速的双旋转搅拌头。研究结果表明，采用两种工艺均能获得外观优良、无内部缺陷的焊缝。与C-FSW相比，采用轴肩低速逆向旋转的DR-FSW工艺可使熔核晶粒细化程度提高，且铝合金组织变化较小。使用低速旋转的DR-FSW不能阻止焊接界面中金属间化合物的形成，但可以减少其数量。与采用传统工艺(C-FSW)相比，采用DR-FSW工艺获得的焊缝具有更高的抗拉强度，两者的焊接界面均表现出脆性断裂行为。
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  经变形前退火、热压缩和时效处理后的Mg-8Gd-4Y-1Nd-0.5Zr合金的组织、织构和力学性能

  吴懿萍,熊汉青,贾寓真,谢邵辉,李国锋

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 976-983.

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  挤压态Mg–8Gd–4Y–1Nd–0.5Zr合金在470 °C下退火1 h后，进行压缩变形，压缩变形温度为470 °C，变形速率为0.2 s^-1 和0.0003 s^-1。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)、硬度测试和拉伸试验研究合金的显微组织、织构和力学性能。结果表明：合金在压缩变形过程中发生富稀土相回溶以及动态再结晶，导致合金在两种变形速率压缩变形后的组织变得不均匀。压缩态合金的织构受应变速率的影响，在应变速率为0.2 s^-1 时，压缩态合金呈现出强的基面织构á0001？//ND(法向)；而在应变速率为0.0003 s^-1 时，合金呈现出弱的织构á0001？//ED(挤压方向)。应变速率为0.2 s^-1时获得的合金的综合力学性能更优，在225 °C时效8 h处理后，其抗拉强度达426 MPa，屈服强度达345 MPa，伸长率达2.1%。
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  骨组织工程用可降解多孔含银镁基支架的合成及体外性能

  HamidRezaBAKHSHESHI-RAD,EhsanDAYAGHI,AhmadFauziISMAIL,MadzlanAZIZ,AliAKHAVAN-FARID,XiongbiaoCHEN,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 984-996.

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  感染是骨损伤临床治疗中常见的并发症。镁基复合材料是一种可生物降解的抗菌生物材料，已被用于减少术后感染。本文作者合成含银镁基骨组织工程支架材料，并对其进行体外表征。通过造孔剂法制备4种不同银含量(0、0.5、1、和2 wt.%) 的多孔镁基支架，用Mg-Ca-Mn-Zn-xAg (MCMZ-xAg)表示，其中x表示银含量。研究银含量对材料的孔隙结构、力学性能、生物活性和抑菌区的影响。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和荧光显微镜对支架进行表征。体外腐蚀试验结果表明，银含量低的支架比银含量高的支架具有更好的耐腐蚀性。抗菌活性的检测结果表明MCMZ-Ag 支架具有显著抑制大肠杆菌和(E. coli) 和金黄 色葡萄球菌(S. aureus)生长的作用，且随着含银量的增加，MCMZ-Ag 支架周围的抑菌区面积逐渐增加。然而，含银量过高会增加材料的细胞毒性。总之，含0.5 wt.% Ag的支架因其具有连通的孔隙、足够的力学性能、抗菌活性和细胞黏附性能，在修复与替换受损和患病骨方面具有应用前景。
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  固溶-时效热处理工艺对近β钛合金显微组织演化与力学性能的影响

  武川,詹梅

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 997-1006.

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  研究钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)在不同固溶(760~820 °C)与时效(580~640 °C)热处理条件下的显微组织演化、力学性能及断裂机理。结果表明，初生α相(α_p)的体积分数随固溶温度的升高而降低，而次生α相(α_s)的长度随时效温度升高而降低，其宽度则随时效温度升高而增加。Ti-55531合金的屈服强度和抗拉强度随固溶温度升高而降低，但随时效温度的升高而增大。合金在800 °C固溶2 h、640 °C时效8 h的条件下获得的抗拉强度(1434 MPa)与韧性(伸长率7.7%)达到最优匹配。随时效温度和时间的增加，α_s相发生粗化，使微观裂纹扩展路径变得曲折、崎岖，从而提高裂纹扩展阻力，最终提高合金的韧性与断裂韧性。
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  Nb对选区激光熔化γ-TiAl基合金组织与性能的影响

  Adam Ismaeel,王存山

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1007-1016.

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  采用选区激光熔化技术，在TC4合金基体上制备不同Nb含量的γ-TiAl 基 Ti-Al-Mn-Nb合金。系统分析Nb含量对合金显微组织和性能的影响规律。研究结果表明，合金主是由四方结构的γ-TiAl和密排六方结构的α₂-Ti₃Al相组成，且随着Nb含量的增加，合金的凝固组织逐渐由枝晶状结构演化为层片状结构。因高含量Nb在γ-TiAl 相中的固溶，以及细小板条状结构的形成，致使Nb含量为7.0 at.%的合金具有最佳的综合性能，即其不仅具有高的硬度(HV 2000)、高的强度(1390 MPa)和良好的塑性变形能力(24.5%)，而且具有良好的摩擦磨损和高温抗氧化性能。
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  双辊薄带连铸制备Ti-43Al合金板材及其在热处理过程中的显微组织表征

  徐 莽,刘国怀,李天瑞,王丙兴,王昭东

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1017-1025.

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  薄带连铸技术直接成形的特点可以实现难变形金属板材的制备并显著缩短流程。通过双辊薄带连铸技术制备尺寸为1000 mm × 110 mm × 2 mm的Ti-43Al合金板材，并对铸轧板材及热处理过程显微组织进行系统分析。由于凝固过程中冷却速率变化以及对称性生长，沿铸轧板材厚度方向出现边部柱状晶、心部等轴晶的不均匀组织，且中心区存在严重的Al元素偏析；铸轧过程中较快的冷却速度显著细化板材组织，晶粒间距为20-30 μm，α₂/γ片层间距达到10-20 nm。此外，铸轧板材经过热处理后获得近γ组织、近片层组织和全片层组织，组织均匀性得到明显改善。
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  医用钛合金表面纳米晶TiN梯度涂层的显微组织及腐蚀磨损性能

  崔文芳,牛凤娟,谭韵玲,秦高梧

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1026-1035.

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  采用磁控溅射方法在Ti6Al4V钛合金表面制备纳米晶TiN梯度涂层, 研究涂层的显微组织和力学性能，并对涂层和Ti6Al4V合金基体在生理环境中的电化学腐蚀行为和腐蚀磨损性能进行比较。结果表明：纳米晶TiN的梯度分布有利于释放涂层中的内应力，使粘附强度增加到90 N。致密的结构和细化的晶粒使涂层表面纳米硬度达到28.5 GPa, 纳米晶TiN涂层的防腐蚀效率达到96.6%。与Ti6Al4V合金基体相比，纳米晶TiN涂层的耐腐蚀磨损性能提高了100倍。纳米晶TiN梯度涂层具有良好的化学稳定性和较高的H³/E²比(H为硬度，E为弹性模量)，是改善耐腐蚀性能和抗磨损性能的主要原因。
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  应变速率和晶体包裹体对大块非晶和部分结晶的Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅合金力学性能的影响

  TomaszKOZIE？,KrzysztofPAJOR,GrzegorzCIOS,PiotrBA？A,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1036-1045.

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  研究Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅合金的力学性能，着重研究应变速率和晶体包裹体对合金变形和断裂机制的影响。X射线衍射分析表明，低氧含量时形成完全非晶态的合金组织，而当氧含量较高时，形成部分晶化组织；但是观察到完全不同的压缩变形行为。单轴压缩试验表明，全非晶合金具有弹性变形、屈服、明显塑性变形和锯齿流变行为。当应变速率从1×10^-4 s^-1增加到 1×10^-2 s^-1时，屈服强度没有变化，然而，压缩断裂强度和塑性应力均降低。扫描电镜(SEM) 和能谱(EDS)分析表明，即使在低氧含量的合金中，依然存在金属间化合物相CuZr₂，从而降低了合金的断裂强度和韧性。结果还证实在高氧含量的样品中存在枝晶状的Zr₅₁Cu₂₈Al₂₁相，会进一步降低其断裂强度。在断口表面可观察到韧性试样和脆性试样之间的差异。塑性应变越大，变形过程中形成的剪切带的密度越高，表现为应力-应变曲线上的锯齿流变行为。
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  不同接触压力和电极间距下AgTiB₂触头的材料转移行为

  习勇,王献辉,周子敬,李航宇,国秀花

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1046-1056.

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  为了阐明接触压力和电极间距对Ag基触头材料转移行为的影响，在阻性负载24 V/16 A条件下对Ag-4wt.%TiB₂触头材料在电接触测试系统中进行不同接触压力和电极间距5000次电弧侵蚀实验, 系统研究燃弧能量和燃弧时间与接触压力和电极间距的关系，表征电弧侵蚀后阳极和阴极的表面形貌，测量电弧侵蚀后两电极的质量变化，并对材料转移行为进行讨论。研究结果表明：接触压力显著影响燃弧能量、燃弧时间和侵蚀形貌，但并不改变材料转移模式。然而，电极间距不但影响燃弧能量、燃弧时间和侵蚀形貌，而且改变材料转移方向。当电极间距为1 mm时，材料转移方向为由阳极到阴极；而电极间距为4 mm时，材料转移方向发生逆转，即材料由阴极向阳极转移。
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  La₅Mg_95-xNi_x (x=5、10、15)合金的显微组织、储氢热力学和动力学性能

  李振阳,李胜利,袁泽明,张羊换,祁焱

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1057-1066.

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  研究Ni含量对La₅Mg_95-xNi_x(x=5、10、15)三元合金的显微组织、热力学和动力学性能的影响。采用XRD和SEM探索合金的相和组织的变化情况，采用自动Sievert 设备测试合金吸放氢性能曲线和PCI曲线。研究表明，随着Ni含量的增加，合金的储氢动力学性能得到提高，但是合金的储氢容量有所下降。三种成分的合金中, La₅Mg₈₀Ni₁₅合金表现出最低的放氢活化能以及最高的吸放氢速率, 其放氢活化能为57.7 kJ/mol。通过测定合金PCI曲线和van’t Hoff方程发现, 随着Ni含量的增加, 合金的热力学性能先提高后降低, 其中La₅Mg₈₅Ni₁₀表现出最优异的热力学性能, 其焓和熵的数值分别为-72.1 kJ/mol和-123.2 J/(mol？K)。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  矿用注浆材料的宏细观跨尺度孔隙结构特征

  胡建华,任启帆,马少维,蒋权,蒋元建,尚俊龙,罗周全

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1067-1081.

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  采取薄层断面分析和低场核磁共振(NMR)技术对3种矿用注浆材料的微观孔隙结构和孔隙率进行表征，通过图像二值化和随机行走孔隙谱维数(RWPSD)算法研究注浆材料的宏观孔隙特征——孔隙贯通性。实验结果表明：研究所用注浆材料的微观结构由层间孔、胶凝孔、毛细孔、圆形气孔和微裂缝组成。尾矿可以充填在水化产物结构中的孔隙内，使水化产物更加致密。孔隙贯通性与养护时间呈正相关，且与孔隙率之间存在一定规律。随着孔隙率和孔隙贯通性的增加，添加了速凝剂的注浆材料产生不均匀孔隙结构，使材料的凝结时间缩短、后期强度降低。
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  复配捕收剂从白云石中选择性浮选菱锌矿

  王丽,胡广艳,孙伟,SultanAhmedKHOSO,刘润清,张祥锋,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1082-1089.

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  将苯甲羟肟酸(BHA)与油酸钠(NaOL)混合，制备一种新的复配捕收剂(BHOA)，并将其应用于从白云石中浮选分离菱锌矿。浮选结果表明，单独使用油酸钠对菱锌矿和白云石均有较好的捕收性能，但选择性较差。在BHA/NaOL摩尔比为2:1的复配体系中，菱锌矿与白云石的回收率分别为90%和5%左右。表面张力分析表明，由于协同效应，复配捕收剂BHOA的表面活性高于单一油酸钠。Zeta电位和XPS测量结果显示，在复配捕收剂BHOA存在的情况下，BHA与NaOL在菱锌矿表面发生共吸附，白云石表面仅观察到油酸钠。
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  金宝山铂族矿物氧压浸出-浮选联合工艺

  饶帅,刘志强,邱显扬,王东兴,曹洪杨,李伟,陶进长,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1090-1098.

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  为了生产适合冶炼的铂族精矿，提出一种氧压浸出-浮选联合工艺处理金宝山铂族矿物。结果表明：氧压浸出条件(矿物粒度、搅拌速度、液固比以及木质素磺酸钙用量)对浸出过程中贱金属(铜、铁和镍)浸出率以及浮选工艺中铂族金属(铂和钯)的回收率产生明显影响。浸出过程中贱金属硫化矿物的完全溶解导致铂族金属浮选降低了浮选载体的数量，降低浮选过程中铂族金属回收率。综合考虑贱金属浸出率和铂族金属回收率，确立如下最佳工艺条件：精矿粒度-0.043 mm占有率为73%，搅拌速度为400 r/min，液固比为 10 mL/g，木质磺酸钙用量为0.6 g。最佳工艺条件下，铜、镍和铁的浸出率分别为87.6%、87.6%和90.3%。采用浮选工艺处理浸出渣获得浮选精矿铂族金属品位为420 g/t。
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  铁的价态对水热制备焦绿石型氧化钨的影响

  周秋生,项 敏,李 栋,李小斌,齐天贵,彭志宏,刘桂华

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1099-1106.

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  焦绿石型氧化钨是一种具有广泛潜在用途的新兴材料。研究从钨酸铵-碳酸铵溶液中水热制备焦绿石型氧化钨过程中铁的价态和亚铁离子添加量对钨结晶率的影响，重点研究亚铁离子促进钨结晶过程的机理。结果表明，亚铁离子能显著促进钨的结晶过程，而单质铁和三价铁离子的影响甚微；钨结晶率随亚铁离子添加量的增加而升高，当亚铁离子浓度为16 g/L时，钨结晶率达到最大值~60%。结晶母液的红外光谱(FTIR)分析表明，亚铁离子能促进溶液中WO₄四面体向WO₆八面体转变；结合结晶产物的X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析，亚铁离子对钨结晶的促进作用可归因于亚铁离子嵌入焦绿石型氧化钨晶格而导致其面间距的增加。研究结果有助于焦绿石型氧化钨粉体的高效制备和钨的清洁生产。
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  采用HDNNS/4PC协萃体系从硫酸盐中萃取钴过程中的相分离

  黄 婷,王永茜,胡慧萍,胡 芳,罗雨晴,刘士军

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(5): 1107-1116.

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  相分离速率是决定溶剂萃取体系在湿法冶金中得到应用的关键。研究二壬基萘磺酸和4-吡啶甲酸异辛酯协同混合体系从单金属硫酸盐溶液中萃取钴的相分离，探索负载有机相的物理化学性质以及反胶束的形态对相分离的影响。结果表明，负载有机相的黏度及増溶水量是影响相分离的主要因素。随着这两个因素的增加，混合澄清速率明显降低。X射线小角散射(SAXS)测量结果证实负载有机相中反相胶束的形貌会随混合澄清速率的变化而变化。