2020年, 第30卷, 第3期　刊出日期：2020-03-25

  

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Materials Science and Engineering
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  基于相场格子玻尔兹曼模型的铝合金LSPSF非枝晶形成

  吁安山,杨湘杰,郭洪民,

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 559-570.

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  采用数值模拟研究基于低过热度剪切制浆机铝合金凝固初期非枝晶组织的形成。采用格子玻尔兹曼法和相场法相结合，模拟枝晶在凝固过程中的生长和运动。模拟结果表明，充分的剪切流有助于浓度场的均匀化、晶体的旋转和非枝晶的形成。讨论晶粒间的相互作用。在枝晶臂部分重熔的基础上，建立LSPSF枝晶断裂判据，发现强剪切流和较大的倾斜角度能够增强枝晶断裂，并对模拟结果进行实验验证。
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  Ca对AlMg5合金均匀化过程中热压缩行为和微观结构稳定性的影响

  BongHuangKIM,MajidSEYEDSALEHI,AshkanNOURI,MohammadSadeghMOHEBI,SeongHoHA,YoungOkYOON,HyunKyuLIM,ShaeK.KIM,B.GhasemEISAABADI

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 571-581.

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  研究微量Ca添加对AlMg5热变形过程中微观结构稳定性和动态回复行为的影响。研究手段包括扫描电子显微术(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、电子背散射衍射(EBSD)分析和透射电子显微术(TEM)。利用JMatPro程序包对合金的凝固路径进行模拟。结果表明，Ca的加入对铸态试样的显微组织和热压缩行为没有影响，但能阻止均匀化过程中晶粒的急剧长大。在热压缩过程中，无Ca合金中的粗晶粒促进合金的动态回复，减缓动态再结晶，其再结晶晶粒的主要形核机制是粒子激发形核。另一方面，热压缩含Ca合金的显微组织受到Al₄Ca金属间化合物的显著影响。通过JMatPro预测，并通过DSC、SEM和TEM揭示Al₄Ca相的形成。最后，在含Ca合金的晶界处发现Al₄Ca析出相通过Zener钉扎效应阻碍α(Al)相的增长，提高均匀化过程中微观结构的稳定性。
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  凝固工艺参数对AlNiBi合金干滑动磨损行为的影响

  T.M.BOTELHO,H.M.AZEVEDO,G.H.MACHADO,C.R.BARBOSA,F.S.ROCHA,T.A.COSTA,O.L.ROCHA,

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 582-594.

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  对经水平定向凝固制备的Al-3%Ni-1%Bi合金(质量分数，%)铸态样品进行微磨料磨损试验，研究凝固热学参数(生长速率(V_L)和冷却速率(T_R))以及显微组织参数(晶胞间距(λ₁)和枝晶间距(λ_c))对合金耐磨性的影响。摩擦学参数为磨损量(V_w)和磨损速率(R_w)。分别利用水冷式水平定向凝固装置和固定旋转式磨球机进行凝固试验和磨损试验。结果表明，具有较细显微组织的样品具有较低的V_w和R_w值。V_w和λ₁之间的关系可以用实验数学方程表示。Bi软颗粒和Al₃Ni硬金属间化合物颗粒在更细的枝晶间分布较好，因此，具有枝晶组织比具有晶胞组织的铸态样品具有更好的耐磨性，可观察到磨损机理由粘着磨损向磨粒磨损转变。
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  Al-3P变质Al-Si合金的组织与力学性能

  彭浩平,李智伟,朱家庆,苏旭平,刘亚,吴长军,王建华,

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 595-602.

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  在740 °C下采用Al-3P作为变质剂对Al-Si合金进行变质处理。利用光学显微镜、Image Pro Plus 6.0软件、扫描电镜和万能电子试验机研究硅含量(7、8、9、10和11，质量分数，%)及变质剂Al-3P加入量(0、0.1、0.3、0.6、1.0和1.5，质量分数，%)对合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明，当变质剂加入量为0.6%时，随着硅含量的增加，变质Al-Si合金中初晶α(Al)相的面积分数增加较多，这一结果可以通过Al-3P的变质引起非平衡共晶点的变化来解释。当合金中硅含量一定(Al-10Si)时，随着变质剂加入量的增加，Al-10Si合金中初晶α(Al)相面积分数先增加后减少。当添加0.6% Al-3P中间合金时，初晶α(Al)相的面积分数达到最大值。与未变 质的Al-10Si合金相比，当加入0.6% Al-3P中间合金进行变质处理后，合金的抗拉强度和伸长率分别提高了2.3%和47.0%，拉伸断口呈现出明显的韧性断裂特征。
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  激波管变形AA5052-H32板材的成形性

  S. K. BARIK, R. G. NARAYANAN, N. SAHOO

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 603-618.

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  采用激波管研究弯曲预应变和压力对AA5052-H32板材成形行为的影响。测量变形拱形高度、有效应变和应力分布、硬度和晶粒尺寸演变等各种成形参数。在板材上印制圆形网格，并用Hill’s 1948屈服准则计算有效应变分布，通过Hollomon幂次定律计算有效应力分布。在板材的中间位置安装一应变片以监测成形过程中应变的演化。应变-时间图证实峰值应变的急剧上升，并在较高的压力下显著增加。成形参数的变化证实材料在没有应变局部化的情况下被均匀拉伸。光学显微组织显示等轴晶在冲击变形后被延展和拉长。因此，材料的成形行为既取决于预应变的大小，也取决于压力的变化。
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  挤压型材焊缝质量评价的实验方法比较

  B.REGGIANI,L.DONATI

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 619-634.

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  为了评估两种挤压速度下的管状型材的焊缝强度，比较楔形膨胀和胀形膨胀试验方法。在楔形试验中，膨胀是通过将锥形冲头插入管中直至试样破裂来确定。在胀形试验中，通过试样内部橡胶塞膨胀来施加静拉伸应力状态。通过检测断口形貌和断口位置，比较两种方法在断口处的载荷和环向应变。为了评估标准测试条件的可靠性，研究若干设计参数的影响。结果表明，在两种试验中，焊缝位置均出现韧性断裂，但胀形试验相对于楔形试验更为稳健和保守，数据分散性较小。因此，通过胀形试验成功评估为优化焊缝质量而设计的第二种管状型材的性能，所得结果与一种新的数值质量指数所获得的结果进行比较，最终达到良好的匹配。
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  Mg-10Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金的双相强化行为

  贾林玥,杜文博,王朝晖,刘 轲,李淑波,于子健

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 635-646.

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  从长程堆垛有序(LPSO)结构相和β′析出相的尺寸参数和体积分数角度，研究Mg-10Gd-1Er-1Zn- 0.6Zr(质量分数，%)合金在不同热处理条件下的组织演变和强化机制。结果表明，经固溶处理后合金中形成两种不同形貌的LPSO相，且LPSO相的形貌及尺寸随固溶条件发生变化，而其体积分数随固溶温度的升高逐渐减小。LPSO相体积分数的减小有利于时效过程中β′析出相的增加。经(500 °C，12 h) + (200 °C，114 h)处理后，合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达352 MPa、271 MPa和3.5%。β′相较LPSO相更利于合金屈服强度的提高，因此，f_LPSO/f_β′值降低，屈服强度提高。
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  微量Ca添加对AM50镁合金板材织构及成形性能的影响

  赵红亮,华云筱,董祥雷,邢辉,卢艳丽

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 647-656.

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  为研究微量Ca添加对AM50镁合金织构及成形性能的影响，对AM50、AM50-0.1Ca、AM50-0.3Ca和AM50-0.5Ca(质量分数，%) 4种合金进行热轧，并对其力学性能进行测试。结果表明，微量Ca添加有效改善基面织构：热轧后合金基极偏离法向(ND)，退火后基面向横向(TD)延伸。织构的改变与大量压缩孪晶的优先形成以及c/a值的减小有关。随Ca含量增加，合金杯突值由2.25升高至4.21 mm，其成形性能的提高归因于基面织构的弱化导致n值增加和r值减小。
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  Ta颗粒增强TiAl复合材料的加工图及热变形行为

  袁程浩,刘 彬,刘宇熙,刘 咏

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 657-667.

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  通过放电等离子烧结制备Ti-48Al-2Cr-2Nb-0.2W(摩尔分数，%)/20%(体积分数)Ta金属基复合材料。在温度1050~ 1200 °C及应变速率1×10^-3~1 s^-1的条件下，通过热压缩试验研究复合材料的变形行为。建立包含真应变变量的本构方程。不同应变下，复合材料的激活能Q值为240~280 kJ/mol，低于纯TiAl的激活能。在动态材料模型的基础上，建立不同应变下的加工图，得到热加工最优参数为：1050~1100 °C和0.005~0.01 s^-1。研究复合材料在变形过程中的显微组织演变。结果表明，动态再结晶在变形过程中起着重要作用。
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  晶粒尺寸对细晶TC4钛合金高温应力松弛行为的影响

  彭赫力,李细锋,陈旭,姜军,罗经锋,熊炜,陈军

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 668-677.

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  为了分析晶粒尺寸对应力松弛机制的影响，对三种晶粒尺寸的TC4钛合金在650~750 °C温度范围内进行应力松弛试验。基于一种修改立方延时函数建立每种晶粒尺寸的应力松弛模型。根据经典的 Arrhenius方程，提出一种简化算法来计算变形激活能。采用微观手段观察晶粒尺寸分布及变化。实验结果表明，在相同温度下晶粒越细的合金初始应力越小，且松弛速率越快，因而更易达到松弛极限。在650 °C，应力松弛极限随晶粒尺寸减小而降低；而在700 °C和750 °C合金达到完全松弛，导致晶粒尺寸对应力松弛极限影响不显著；随着晶粒尺寸的增大，变形激活能升高，在700 °C应力松弛机制从晶粒转动和晶界滑移变换为位错运动和动态回复。
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  组织不均匀性对TA15电子束焊焊接接头不同区域力学性能的影响

  邓彩艳,刘策,龚宝明,张承泽,刘畅,刘永

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 678-687.

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  基于微观力学有限元分析方法，研究TA15电子束焊焊接接头不同区域组织不均匀性对力学性能的影响。基于压痕尺寸效应，通过纳米压痕试验确定母材和热影响区组成相的力学性能。结果表明，母材和热影响区的模拟拉伸结果和宏观拉伸试验结果具有良好的一致性。组成相变形的不协调倾向于沿着初生α相集中，失效通常以应变集中的形式萌生。相较于母材，热影响区组成相的力学性能差异较大，应变集中更为严重。
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  Ti-Mo-Sn合金显微组织、力学性能和形状记忆性能

  Muhammad Luqman Hashmi, Abdul Wadood

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 688-700.

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  研究Mo作为β相稳定元素，对Ti-Mo-Sn合金相组成、显微组织、力学性能和形状记忆性能的影响。通过电弧熔炼法制备不同成分的Ti-xMo-3Sn (x=2，4，6，摩尔分数，%)合金，并制备二元合金 Ti-6Mo作为对照组。Ti-xMo-3Sn合金具有硬度低和韧性高(厚度可减少90%)的特点，而Ti-6Mo合金则表现出脆性行为，硬度高、韧性差。场发射扫描电镜(FESEM)下发现圆形的无热ω (ω_ath)析出相。X射线衍射结果也证实铸态和固溶处理-淬火态的样品中均存在ω_ath 相。光学显微镜和FESEM结果显示，由于发生β→ω相变，淬火过程中形成的马氏体数量随着Mo含量的增加而降低。硬度的变化趋势也证实ω_ath相的存。Ti-6Mo-3Sn合金的形状记忆效应(SME)最高，为9%。合金SME较低是由于形成ω_ath 相；然而，SME随着Mo含量的增加而增加，这是由于ω_ath相的逆相变和由压力引起的马氏体相变所致。另外，设计一种新的、非常简单的测量形状记忆效应的方法。
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  溶解氧对Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr合金在500 °C和10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

  孙蓉蓉,徐诗彤,姚美意,张骏,戴训,黄娇,张金龙,周邦新

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 701-709.

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  为了更好地了解溶解氧对锆合金耐腐蚀性能的影响，研究Zr-0.85Sn-0.16Nb-0.37Fe-0.18Cr(质量分数，%)合金在1×10^-6溶解氧和除氧的500 °C和10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。利用SEM、TEM、EDS、EBSD研究合金和氧化膜的显微组织。结果表明，高的溶解氧含量会加速合金的腐蚀。与除氧条件相比，在溶解氧条件下氧化膜更疏松且微裂纹更多，氧化膜内表面更加凹凸不平。对于除氧条件下形成的氧化膜，其(002)_m、 和(101)_t晶面的选区电子衍射斑点较强，而(001)_m和 晶面的选区电子衍射斑点较弱；而在溶解氧条件下形成的氧化膜，其(111)_m、(200)_m和(101)_t晶面的选区电子衍射斑点较强，而 (100)_m和(110)_m晶面的选区电子衍射斑点较弱。在过热蒸汽条件下较高的溶解氧含量会加速氧化膜的生长，进而降低锆合金的耐腐蚀性能。
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  变形镍基高温合金GH4037在固态和半固态下的高温变形行为及组织演变

  姜巨福,肖冠菲,王迎,刘英泽,张颖

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 710-726.

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  镍基高温合金GH4037圆柱形试样以不同的应变速率0.01、0.1和 1 s^-1在固态温度(1200、1250、1300 °C)和半固态温度(1340、1350、1360、1370、1380 °C)下进行压缩试验，研究GH4037合金的高温变形行为及组织演变。结果表明，与固态温度相比，半固体温度下的流动应力下降较快。此外，当应变速率为1 s^-1时，半固态温度下的流动应力在达到初始峰值应力后继续增大。随着变形温度的升高，初始固相晶粒和再结晶晶粒尺寸增大。在半固态温度下，固相晶粒为等轴晶，液相存在于晶界和晶内。以晶界膨胀为特征的不连续动态再结晶(DDRX)是GH4037合金的主要形核机理。
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  激光焊接铜与不锈钢接头之间焊缝区显微组织的非均匀性

  Saranarayanan RAMACHANDRAN, A. K. LAKSHMINARAYANAN

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 727-745.

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  研究激光焊接 (LBW)工艺对铜(Cu)和不锈钢(SS)异种焊缝显微组织与力学性能关系的影响。采用背散射 (BSE)扫描电子显微镜(SEM)成像来表征LBW (Cu-SS)焊缝的高度非均匀组织特征。BSE分析充分证明在异种焊接界面和熔合区产生复杂的显微组织。沿铜/焊缝界面存在明显的晶粒生长差异：从粗柱状晶到等轴状超细晶。高分辨电子背散射衍射(EBSD)分析证实铜/焊缝界面存在晶粒细化机制。拉伸和冲击试验结果表明，异种焊缝的拉伸和冲击性能与铜基体的基本一致。在熔合区和铜/焊接界面区等非均匀材料成分区，存在明显的显微硬度梯度。为了全面了解局部焊缝亚区的组织与性能的关系，确定出焊缝亚区的异质形核点，并与显微硬度测试结果相互关联。
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  Al_xCrMnFeCoNi高熵合金的显微结构、拉伸性能及锯齿流变形为

  徐 钧,曹承明,辜 萍,彭良明

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 746-755.

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  研究双相Al_xCrMnFeCoNi (x=0.4, 0.5, 0.6，摩尔分数，%)高熵合金的显微结构、拉伸力学性能与锯齿流变形为。经热力学处理后合金的显微组织由铸态树枝晶演化为由fcc和bcc组成的等轴晶。随Al含量增加，bcc相体积分数增大，fcc晶粒尺寸减小，合金强度得到显著提高。在中温区间，随试验温度升高，锯齿流变类型发生A+B？B+C(C)转变。因Al原子对位错的钉扎作用较强，含Al合金的平均锯齿应力振幅明显高于不含Al的CoCrFeNiMn合金。早期的小变形使fcc晶粒产生较低密度位错列和弯曲位错，而bcc晶粒中位错的攀移和剪切机制占主导地位。较大塑性变形后，位错的交滑移和扭折现象频繁发生，而高密度的位错缠结形成位错胞结构。
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  (1-y)Ba(Zr_0.1Ti_0.9)O₃-yBa(Zn_1/3Nb_2/3)O₃陶瓷的介电性能及弛豫铁电行为

  钟 鑫,张 晨,陈方旭,唐柱明,简 刚

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 756-764.

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  采用传统固相法制备(1-y)Ba(Zr_0.1Ti_0.9)O₃-yBa(Zn_1/3Nb_2/3)O₃ (y=0~0.05)陶瓷，利用XRD、 SEM、电参数测试系统以及铁电测试仪研究其显微结构、介电性能及铁电行为。结果表明：随着y增大至0.05，该锆钛酸钡基陶瓷始终为单相钙钛矿结构，其平均晶粒尺寸随y的增大而减小。介电常数最大值ε_r,max在1 kHz下随y增大从8948显著降低至1611，且其铁电-顺电相变温度T_m亦随y增大从93 °C降低至-89 °C。该陶瓷成分诱导弥散相变随y增大而逐渐增强。高y取值下陶瓷表现出以T_m及铁电温区介电常数的强烈频率色散及弥散相变为典型特征的弛豫铁电行为。该陶瓷体系的剩余极化强度随y增大而降低，而矫顽场则在显著降低后有所提高。
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  煅烧温度对BiOX(X=Cl, Br)的微观结构和光催化活性的影响

  付思美,李刚森,温幸,樊彩梅,刘建新,张小超,李瑞,

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 765-773.

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  采用简单水解法和后热处理制备一系列BiOX(X=Cl, Br)光催化剂，通过XRD、拉曼、SEM、DSC-TGA、BET和UV-Vis表征所获得的样品，并且通过在模拟太阳光源下光催化降解甲基橙(MO)来评价煅烧温度对样品活性的影响。结果表明，催化剂的相结构、晶粒尺寸、形貌、比表面积、多孔结构和吸收带边缘均与焙烧温度有关。BiOBr在600 °C已完全转变为Bi₂₄O₃₁Br₁₀，并在800 °C开始转变为Bi₂O₃；而BiOCl在600 °C才开始转变为Bi₂₄O₃₁Cl₁₀，在800 °C全部转化为Bi₂₄O₃₁Cl₁₀。BiOCl的光催化活性随温度的升高而降低，这归因于比表面积和孔径的减小；而BiOBr的光催化活性先升高后降低，这与其良好的结晶和三维结构有关。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  伪随机频率域电磁方法在强干扰矿区的应用

  胡艳芳,李帝铨,袁博,索光运,刘子杰

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 774-788.

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  为了寻求生产矿山深边部找矿的有利手段，在安徽冬瓜山铜矿区进行多种电磁方法的对比研究。由于该地区受到严重的人文电磁干扰，传统的电磁法无法取得有效的数据。然而，广域电磁法(WFEM)采用伪随机信号作为发射源，只需测量一个电磁场分量便可达到勘探效果，具有抗干扰能力强、工作效率高的优点。将广域电磁法应用于冬瓜山矿区，对比分析音频大地电磁法(AMT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)和WFEM的原始数据。结果表明，WFEM在强干扰矿区能获得高质量的数据，其反演结果对主矿体位置的反映与已知资料结果吻合，说明WFEM是一种强干扰矿区深边部找矿的有利手段。
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  曲面层状介质考虑折射效应的声发射源定位

  周子龙,周静,蔡鑫,芮艺超,陈连军,王海泉

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 789-799.

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  为了解决现有声发射源定位算法对多层曲面介质定位结果不准确的问题，提出一种新的考虑折射的声发射源定位算法。利用复合形算法求解得到声发射源坐标，采用断铅试验验证新算法的准确性。新算法定位结果的绝对距离误差小于3 mm，比传统算法有较大的提高。运用数值试验进行定位精度影响因素分析。结果表明，新算法的声发射源定位精度不受层状介质波速比的影响，但测量波速的准确性对定位精度有影响。这些均说明新算法能够在两层曲面介质比如常规三轴压缩测试中得到准确的声发射源位置。
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  MgO/Al₂O₃比对MgO-Al₂O₃-TiO₂-CaO-SiO₂低碱度高钛渣黏流行为和结构的影响

  冯聪,高立华,唐珏,柳政根,储满生,

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 800-811.

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  运用旋转柱体法分析MgO/Al₂O₃比对MgO-Al₂O₃-TiO₂-CaO-SiO₂渣系黏流行为的影响。采用拉曼光谱研究渣系结构特征，结合Factsage 7.0热力学软件分析实验渣系液相线温度。结果表明，当MgO/Al₂O₃比由0.82升高至1.36时，渣系黏度和黏流活化能降低，渣系熔化性温度和液相线温度先降低后升高，渣中复杂黏滞结构逐渐解聚为简单黏滞流动单元。随MgO/Al₂O₃比升高，实验渣系聚合程度降低，实验渣系流动性得到改善，使得渣系黏度和黏流活化能降低。此外，渣系液相线温度随MgO/Al₂O₃比的变化导致渣系熔化性温度发生对应变化。
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  红土镍矿深度还原-磁选工艺富集镍和铁

  袁 帅,周文涛,李艳军,韩跃新

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 812-822.

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  提出采用“深度还原-磁选”工艺从红土镍矿中富集镍和铁。结果表明，在还原温度1275 °C、还原时间50 min、渣相碱度1.0、配碳系数2.5和磁场强度72 kA/m的条件下，可得到镍品位为6.96%、回收率为94.06%和铁品位为34.74%、回收率为80.44%的镍铁精矿产品。分析表明，还原温度和时间影响深度还原发生的可能性及反应进度，渣相碱度影响炉料中渣的组成及镍铁元素从基体中溢出富集形成镍铁颗粒的速度，深度还原反应过程中镍铁颗粒生成、聚集并逐渐长大，经磁选后可有效促进镍铁矿物与脉石矿物分离。
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  室温及非传统条件下AlCl₃-尿素低共熔溶剂中铝的电沉积

  VesnaS.CVETKOVI？,Nata？aM.VUKI？EVI？,NikoJOVI？EVI？,JasminaS.STEVANOVI？,JovanN.JOVI？EVI？

  中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(3): 823-834.

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  研究在接近室温下AlCl₃-尿素低共熔溶剂(DESs)体系中铝在玻璃碳和铝基底上的电沉积，而不需要对用于制备电解质的化学试剂进行额外的净化处理，也没有严格控制工作场所中的水分和氧气。研究改变温度、工作电势、受控沉积电流密度和沉积时间对在不搅拌电解质情况下沉积铝的形貌的影响。采用恒电势和恒电流技术， 25~50 °C下，在低共熔溶剂(n(AlCl₃):n(Urea)=1.6:1)中将铝电沉积到玻璃状碳和铝基底上。利用SEM、EDS和XRD技术对两种基底进行研究，证实在恒电势和恒电流两种情形下均存在铝沉积物。所沉积的Al晶粒的形状和尺寸取决于沉积时间，尺寸从纳米级到微米级，形状从规则晶体到针状和片状结构。