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2020年, 第30卷, 第5期 刊出日期:2020-05-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • A. S. PROSVIRYAKOV, A. I. BAZLOV, I. S. LOGINOVA
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1135-1147.
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    研究添加5% Cu和2%(质量分数)硬脂酸(工艺控制剂,PCA)的Al-5%TiO2(质量分数)复合材料在机械合金化和后续加热过程中显微组织的形成和强化。采用高能球磨法制备粉末复合材料,球磨时间长达10 h。用激光熔融对单线轨的粉末进行处理。利用光学和扫描电镜、X射线衍射分析技术和差示扫描量热法研究其显微组织演变。结果表明,Cu的加入能促进铝与TiO2在球磨过程中的有效机械合金化,使粉末具有更高的显微硬度(高达HV 290);而PCA的效果恰恰相反。在这两种情况下,都形成了均匀分布的TiO2复合颗粒。机械合金化材料的后续加热导致TiO2与铝的放热反应,使得含Cu材料的开始反应温度变得更低,从固态开始发生转变。此外,激光熔融后含Cu材料具有更加分散和均匀的结构,有利于提高其显微硬度。
  • 孙靖,王旭琴,陈艳,王飞,王浩伟
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1148-1156.
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    为了探究Cu元素对原位自生TiB2颗粒形貌演变的影响,通过混合盐铸造技术制备10%(质量分数)TiB2增强Al-5%Cu(质量分数)复合材料。采用多尺度显微组织表征及统计方法研究Cu元素引起的TiB2增强相的形貌表征及演变。在控制铸造下,当添加质量分数为5%的Cu元素时,TiB2形貌颗粒由具有尖角的六方片状演变成具有倒角的六方或四方棱柱状,同时在颗粒表面和侧面均存在明显的生长台阶。TiB2颗粒在Al-Cu基体中生长遵循以下规律:纳米尺度的球形晶核—多面体晶核—具有倒棱角的六方棱柱—六方片状—具有明显生长台阶的颗粒。通过计算Cu在TiB2不同晶面上的吸附能揭示其影响机理,计算结果表明Cu优先吸附在(1011)TiB2晶面上,促使最终生成的TiB2具有较小的径厚比。
  • 刘海彬,苏华光,傅定发,蒋福林,张辉
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1157-1168.
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    将AlSi20/8009铝合金加热至熔点附近温度后进行冷却,利用差热扫描量热仪、扫描电子显微镜、能量分散谱仪和X射线衍射仪研究外加Si对Al12(Fe,V)3Si弥散体相演变的影响。结果发现,当AlSi20/8009铝合金在580~600 °C保温时,Al12(Fe,V)3Si和Si相演变成为针状Al4.5FeSi相和富V纳米相。提高保温温度至620~640 °C,Al4.5FeSi相和纳米相逆向演变为Al12(Fe,V)3Si相和Si相,其中Al12(Fe,V)3Si 相具有粗大六边形形貌。当AlSi20/8009铝合金在640 °C保温后冷却至570 °C或更低的温度时,Si相和粗大六边形Al12(Fe,V)3Si 相演变成片状Al4.5FeSi相和富V纳米相,这是一种不同于Al-Fe-Si三元体系的Al4.5FeSi相的新型形成路径。
  • Sultan?ZTüRK,SefaEmreSüNBüL,Kür?at?C?N
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1169-1182.
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    研究不同熔融纺丝轮表面形态,即光滑表面和齿轮结构表面,对液态金属雾化成粉末的影响。研究熔融纺丝过程中轮子转速、气体喷射压力、熔融金属温度、喷嘴-轮子间距等工艺参数和轮子表面形态对6060铝合金粉末及带材的形貌和显微组织特征的影响。结果表明,用光滑轮可得到带状材料,用齿轮可得到粉体。随着工艺参数的变化,用光滑齿轮生产的带材厚度为30~170 μm,宽度为4~8 mm;用齿轮生产的粉末平均粒径为161~274 μm。提高轮子转速和熔体温度、降低气体喷射压力和喷嘴与砂轮间距导致带材厚度和粉末粒径减小。粉末和带材的显微组织为等轴晶,且平均晶粒尺寸随着带材厚度和粉末粒径的减小而减小。在最大冷却速率为2.00×105和1.26×104 K/s条件下可分别得到厚度为30 μm的带材和粒径为87 μm的粉末。
  • Reza MOHAMMADI BADIZI, Amir PARIZAD, Mohsen ASKARI-PAYKANI, Hamid Reza SHAHVERDI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1183-1194.
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    采用D实验优化设计(DODOE)方法,对A357-SiC纳米复合材料的电磁搅拌铸造工艺进行研究。以DX-7软件获得的9个随机实验设计方案为主要目标,在3种不同的频率(10、35和 60 Hz)下制备不同SiC含量(0.5%、1.0%和1.5%,质量分数)的A357-SiC纳米复合材料。用扫描电镜和光学显微镜对其显微组织演变进行表征,并通过硬度和室温单轴拉伸试验对其力学性能进行研究。结果表明, SiC纳米颗粒的均匀分布使材料的显微组织由枝晶向非枝晶态演化,晶粒尺寸减小73.9%。此外,基于DODOE获得的屈服强度和极限抗拉强度的F值分别为44.80和179.64,表明该模型具有显著性,变量(SiC含量和搅拌频率)选取合适。结果表明,最佳搅拌频率为60 Hz,最佳SiC含量为1.5%(质量分数),在此条件下,A357-SiC纳米复合材料的屈服强度和极限抗拉强度分别为120和188 MPa,比铸态试样的分别提高57.7%和57.9%。
  • V.V.MONIKANDAN,P.K.RAJENDRAKUMAR,M.A.JOSEPH
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1195-1210.
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    通过搅拌铸造法制备AA6061-10wt.%B4C单一复合材料,Gr(Gr为石墨)颗粒含量为 2.5、5、7.5 wt.%的AA6061-10wt.%B4C-Gr 混杂复合材料,和MoS2颗粒含量为2.5、5、7.5 wt.%的AA6061-10wt.%B4C-MoS2 混杂复合材料。采用销-盘式摩擦试验机(对磨材料为EN31)研究温度对复合材料干滑动摩擦行为的影响。在30~100 °C的温度范围内,由于摩擦保护层及其固体润滑相的共同润滑作用,Gr增强和MoS2增强的混杂复合材料的磨损率和摩擦因数均下降。对磨损表面进行扫描电镜观察,结果表明,150、200和 250 °C下的磨损机制分别为重度粘着磨损、剥层磨损和磨粒磨损。透射电镜结果显示,150 °C时,混杂复合材料中形成了变形带和精细的晶体结构,分别是由严重的塑性变形和动态再结晶造成的。
  • 刘志文,易杰,李世康,聂文杰,李落星,王冠
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1211-1226.
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    采用反向热传导算法并结合一维末端水淬试验求解热型材与冷却水的界面换热系数。以确定的换热系数作为热边界条件,基于Deform-3D仿真平台建立不等厚壁挤压铝型材在线水淬过程的三维热力耦合模型。系统研究型材水淬过程中的温度场、残余应力场和截面畸变。研究结果表明:随着冷却水流量的增加,界面换热系数增大;高冷却水流量的峰值换热系数出现在低的界面温度;型材淬火过程中横截面上的温度分布严重不均匀,淬火时间为3.49 s时最大温差为300 °C;通过型材横截面不同壁厚部位的温差先急剧增大到峰值,然后逐渐减小;随型材各部位壁厚的增加,温度梯度明显增大;淬火完成后在型材接头内侧和壁厚为10 mm部位的两端存在较大的残余应力;非均匀冷却条件下,型材淬火过程中横截面呈现扭曲型畸变,最大扭曲角为2.78°。
  • 唐建国,余博,张劲,胥福顺,包崇军,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1227-1237.
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    在一系列蠕变时效成形试验(CAF)的基础上,采用弯曲变形方法表征Al-Cu-Li合金在蠕变时效成形过程中的蠕变变形行为,并研究其在不同预变形条件下的力学性能和显微组织演变规律。结果表明,弯曲蠕变应变表征方法能直观地描述合金在CAF过程中蠕变变化。随着预变形应变的增加,试样的蠕变应变先增大后减小。预变形应变的增加能促进时效析出过程,提高成形合金的室温拉伸性能、Kahn撕裂性能和疲劳扩展性能。与预拉伸试样样相比,预轧制试样产生稍弱的加工硬化,但也产生较强的时效强化效应,因此,其强度、韧性和损伤性能均有一定程度的提高。在所有类型的试样中,3%轧制试样经CAF处理后的综合力学性能最好。
  • A. HOSSEINI, D. RAHMATABADI, R. HASHEMI, H. AKBARI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1238-1248.
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    对平行管角挤压(PTCAP)工艺生产的Al5083薄壁管的吸能能力进行评价。研究沿周向和轴向方向的显微结构、力学性能和各向异性系数。结果表明:能量吸收值随加工道次的增加而降低,未处理、第一道次和第二道次处理的样品的能量吸收值分别为167、161.4和160.7 J。能量吸收值的数值模拟结果与未处理的、第一和第二道次PTCAP处理后样品之间的误差分别约为5%、10%和13%。吸能能力与各向异性系数和显微结构有关。结果表明,经过一道次和二道次PTCAP处理后,晶粒得到细化,极限抗拉强度和显微硬度均得到提高,但一道次处理后的提高幅度更大。此外,通过PTCAP处理,变形模式发生改变,退火后样品的变形模式非常对称且呈圆形,而第一和第二道次变形样品的变形模式为三叶和双叶钻石形状。退火管和PTCAP处理管变形模式的数值模拟结果与实验结果一致。总之,薄壁管的变形模式取决于其力学性能和PTCAP过程中力学性能的变化。
  • M. DAREINI, A. H. JABBARI, M. SEDIGHI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1249-1266.
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    研究热锻工艺对AZ31B合金和AZ31B/1.5vol.%Al2O3纳米复合材料在静态和循环加载下的显微组织和力学性能的影响。首先将铸态合金和复合材料在450 °C下进行均匀化热处理,然后在450 °C下进行开式模锻。结果表明,增强颗粒的存在有利于晶粒细化和改善动态再结晶。锻造工艺能更有效地消除铸态合金工件中的孔隙。与铸态和锻态合金试样相比,锻态复合材料的显微硬度分别提高80%和16%。与锻态合金的相似区域相比,锻态复合材料的极限抗拉强度和最大拉伸应变分别提高45%和23%,极限压缩强度和最大压缩强度分别提高50%和37%。复合材料在低应变区的疲劳寿命提高,而在高应变区的疲劳寿命降低。与AZ31B试样不同,复合材料的拉伸、压缩和高周疲劳行为对施加应变的敏感性较低,这与试样在热锻前后的孔隙率有关。
  • H. NAEIMIAN, M. A. MOFID
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1267-1276.
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    研究热喷涂辅助瞬间液相(TLP)扩散连接Ti-6Al-4V和 Al 2024合金,在铝基体上热喷涂80 μm厚的巴氏合金作为中间层。热喷涂会产生粗糙清洁的表面,使得接头强度更高。采用的优化参数为:连接温度580 °C,保温时间30和60 min。显微组织观察和XRD衍射谱证明在Al焊缝处形成Al2Cu、 Al2CuMg、Cu3Ti、TiAl3、TiAl和Mg2Sn 金属间化合物。另一方面,在Ti合金一侧形成Ti3Al、Sn3Ti5 和Ti3Sn金属间化合物。随着连接时间从30 min增加到60 min,尽管巴氏合金中间层没有被完全消耗,但是其剩余厚度下降到大约15 μm。研究表明,在60 min较长连接时间下,接头的剪切强度达到57 MPa的较高值。
  • 徐甄真,董志强,余钊辉,王文科,张建勋
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1277-1289.
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    为了提高对Ti6Al4V钛合金激光焊接接头中各微区的显微组织和微区力学性能的理解,对不同焊接速度下接头中显微硬度曲线的分布趋势及其与显微组织和取向差之间的关系进行研究。从焊缝中心到母材,熔合线附近的显微硬度值(Hm)最高。在同一接头中,Hm随着焊缝宽度增加而增加;在不同接头中,Hm随着不均匀度增加而增加。从焊缝到母材,随着马氏体含量减少和初始α相含量增多,显微硬度逐渐降低。当显微组织主要由马氏体组成时,在较宽的焊缝中或在不同焊速接头的焊缝中心,显微硬度随着冷却速率、马氏体大小和马氏体的晶界取向差而变化;焊缝较窄时,冷却速率等引起的显微硬度的差异较小。
  • RamadanN.ELSHAER,KhaledM.IBRAHIM
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1290-1299.
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    研究冷变形、不同冷却速率的固溶处理以及时效处理对TC21钛合金(6.5Al-3Mo-1.9Nb-2.2Sn-2.2Zr- 1.5Cr)显微组织、硬度和磨损性能的影响。对退火后试样进行15%(高度降低)的室温冷变形处理;然后,将样品在920 °C下进行15 min固溶处理,再分别进行不同冷却速率的水淬(WQ)、空冷(AC)和炉冷(FC)至室温;最后,将样品在590 °C下时效4 h。结果发现,对于经固溶处理、空冷和时效处理后的样品,其残余β相中有二次α片状晶体析出。WQ和时效处理样品的硬度最高,为HV 470,这是由于存在大量残余β 相(69%),而FC样品的硬度最低,为HV 328。固溶处理后再时效处理可显著提高试样的耐磨性能,经水淬和时效处理后试样的耐磨性能可达到退火试样的122%。
  • R.YAZDI,H.M.GHASEMI,M.ABEDINI,C.WANG,A.NEVILLE
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1300-1314.
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    使用球对盘式摩擦计,在法向载荷为3~30 N(对应最大赫兹接触压力为816~1758 MPa)的条件下,研究Ti6Al4V合金在磷酸盐缓冲液中对磨氧化铝的摩擦腐蚀行为。纳米硬度测试结果表明,在纯磨损和摩擦腐蚀表面形成加工硬化层。在纯磨损过程中,当法向载荷从15 N增加到30 N时,表面硬度提高约100%;然而,当法向载荷为30 N时,产生的磨屑越少,磨损率越低。在不同法向载荷下,腐蚀的存在使磨损率增加28%~245%。与静态相比,在摩擦腐蚀过程中,极化曲线获得的腐蚀电流密度增加3个数量级,且开路电位(OCP)向负电位方向偏移。由氧和磷化合物组成的摩擦膜不断形成和消除,使OCP曲线达到峰值,并使法向载荷高于3 N时的摩擦因数波动减小。
  • 杨勇,冯和平,王琪,陈瑞润,郭景杰,丁宏升,苏彦庆
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1315-1324.
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    为了提高TiAl-Nb合金的力学性能并优化合金成分,熔炼制备不同含Fe量(0, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9和1.1, 摩尔分数,%)Ti46Al5Nb0.1B合金试样,系统研究合金的宏观/显微组织及压缩力学性能。结果表明,Fe元素能细化晶粒、加重枝晶间的铝偏析并在枝晶间形成富铁B2相。室温压缩实验结果表明,合金Ti46Al5Nb0.3Fe0.1B具有最高的极限压缩强度和断裂应变,分别为1869.5 MPa和33.53%。晶粒细化及Fe元素的固溶强化能提高合金的压缩强度,γ相晶胞四方度降低及晶粒细化能提高合金的断裂应变;然而,添加过量Fe元素导致的铝偏析会降低合金的压缩强度和断裂应变。
  • 江树勇,于俊博,张艳秋,邢晓冬
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1325-1334.
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    基于等通道模具压缩,镍钛铁形状记忆合金经历平面应变压缩变形。通过大塑性变形,可以形成机械诱发马氏体、纳米晶和非晶相。机械诱发马氏体相变明显不同于传统的应力诱发马氏体相变。机械诱发马氏体经常发生在位错滑移之后,而应力诱发马氏体相变发生在位错滑移之前。B19''''马氏体的出现有助于镍钛铁形状记忆合金后续塑性变形的协调性。局部高应力场的存在导致部分机械诱发B19''''马氏体的稳定,因而在卸载条件下,B19''''马氏体无法逆相转变成B2奥氏体。
  • 丁海民,苗文智,黄小伟,柳青,范孝良,王会强,储开宇,李春燕
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1335-1346.
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    采用扫描电子显微镜、X射线衍射以及第一性原理计算方法研究Al的添加对Cu-B合金及Cu-ZrB2复合材料显微组织的影响。结果表明,在Al的变质作用下,Cu-B合金中的共晶B相由粗大针状转变为细小纤维状,同时可以在亚共晶Cu-B合金中析出初生B相。对于Cu-ZrB2复合材料,Al能够细化合成的ZrB2颗粒,改变其形貌,同时改善其分布,这归因于Al在ZrB2晶面上的选择性吸附。第一性原理计算表明,Al会优先吸附在ZrB2 (12(__)10)面上,其次是ZrB2 (101(__)0)面,最后是ZrB2 (0001)面,进而使复合材料中形成多面体状、乃至近球状细小ZrB2颗粒。Al的加入使Cu-ZrB2 复合材料硬度显著提高,但其电导率严重降低。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 胡建华,任启帆,杨东杰,马少维,尚俊龙,丁啸天,罗周全
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1347-1363.
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    分析石粉水泥尾矿充填体的孔隙结构,量化孔隙的分形维数,计算混合骨料的分级指数(GI),并研究分级指数、孔隙结构与强度之间的关系,以描述其跨尺度特征。同时,对石粉水泥尾矿充填体进行一系列室内实验。基于Füller理论推导混合骨料(石粉和水泥尾矿)的GI公式。通过分形几何原理推导充填体的核磁共振(NMR)分形维数。与中孔和大孔分形维数相比,微孔分形维数与NMR孔隙率、孔结构复杂性、单轴抗压强度(UCS)和GI等宏观特性之间的相关性最为显著。大孔分形维数通常与UCS和GI相关,而其他属性(如混合骨料的形状)也影响分形维数。但中孔分形维数与宏观特性无明显关系。最后,研究GI和UCS之间的关系,这有助于改善充填体的强度和优化级配效果。
  • 赖浩,邓久帅,刘子龙,文书明,黄凌云
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1364-1374.
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    采用化学滴定和光谱技术(便携式X射线荧光光谱(P-XRF)、电子探针能量色散光谱(EPMA-EDS)、电子探针波长色散光谱(EPMA-WDS)和飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS))测定天然闪锌矿样品中Fe和Zn的含量。 此外,利用EPMA-WDS成像和ToF-SIMS成像分析闪锌矿样品中Fe和Zn的分布。结果表明,各光谱法测定的Fe和Zn含量与化学滴定法测定的Fe和Zn含量具有良好的线性关系(R2>0.77),并且总体上Fe的R2值大于Zn的R2值。成像分析结果表明,Fe和Zn在闪锌矿中分布不均匀。
  • 肖勇,冯宁宁,王润华,董海刚,郭子文,崔浩,武海艳,刘新星,谢建平,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1375-1386.
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    研究以改性海泡石作为吸附剂从酸性溶液中回收Pd(II)的吸附特性和机理;通过等温模型、动力学和热力学模型分析改性海泡石对Pd(II)的吸附特性;利用SEM-EDS、TEM和XPS技术研究改性海泡石对Pd(II)的吸附机理。Langmuir模型表明,当温度为30 °C时,改性海泡石对Pd(II)的最大吸附量为322.58 mg/g。动力学实验结果表明,准二级动力学模型能较好地模拟改性海泡石对Pd(II)的吸附过程,化学吸附为改性海泡石吸附Pd(II)的控速步骤。当Pd(II)的初始浓度为100 mg/L时,1 g/L改性海泡石可吸附99%的Pd(II)。吸附-脱附循环实验结果表明,改性海泡石具有良好的稳定性和重复使用性。本研究结果表明,改性海泡石是一种可高效且经济的Pd(II) 回收材料。
  • 曹华珍,冯闻宇,张惠斌,郑国渠
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1387-1396.
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    通过循环伏安法和电沉积实验研究硝酸体系电解精炼高纯铜过程中氯的夹杂机制。CV曲线中存在明显中间产物CuCl的还原峰,借此可以深入研究该夹杂物的电化学行为。实验结果表明,增加HNO3浓度虽然导致阴极电流效率略微下降,但可有效减少氯的夹杂量。在硝酸体系中电解精炼高纯铜的最佳条件是:HNO3浓度为1~2 mol/L,适宜的温度约为35 °C,电流密度不超过25 mA/cm2。在理论研究的基础上,模拟工业电解设计铜电解精炼优化实验,得到氯含量低于1 μg/g的高纯铜,且电流效率大于90%。
  • 梁书婷,张红玲,徐红彬,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1397-1405.
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    系统研究KCrO2和K3CrO4的水解过程和机理。XRD、IR和SEM的表征结果表明,在80 °C的低反应温度和24 h的反应时间下,可以实现水解反应。此外,通过水解单相六方KCrO2,能形成灰绿色六方片状直径为10 μm的α-CrOOH;而通过水解立方K3CrO4,能形成绿色无定形团聚体形态Cr(OH)3溶胶凝胶。通过上述水解反应合成纯相羟基氧化铬是一种非常简便与快速的方法。
  • M.P.KUZ′MIN,M.Yu.KUZ′MINA,P.B.KUZ′MIN
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1406-1418.
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    本工作的主要目的是研究Al(l)-SiO2界面的复杂物理化学过程,开发一种利用由硅生产废料得到的无定形微硅粉生产铸造硅铝合金的新技术。开发使用无定形微硅粉生产亚共晶、共晶和过共晶硅铝合金的有效方法。将预热的无定形微硅粉用氩气流吹入铝熔体(t=900 °C),并进行剧烈混合,得到硅含量为7 wt.%的硅铝合金。先将含硅混合物(60% SiO2,40%Al + 20%3NaF·2AlF3)进行预烧结,使无定形微硅粉还原成结晶硅;再将预烧结产物进行感应熔炼,制备硅含量为21 wt.%的硅铝合金。已经证实,在压片炉料烧结过程中形成的结晶硅可以顺利被铝熔体吸收。氧化还原反应生成的氧化铝溶解在冰晶石中,铝和硅则融合并进入(合金)熔体中。使用无定形微硅粉生产硅铝合金的经济效率计算表明,该项目投资回收期短、盈利能力强。
  • Sai Krishna PADAMATA, Andrey S. YASINSKIY, Petr V. POLYAKOV
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(5): 1419-1428.
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    使用计时电位和循环伏安技术表征熔融KF-AlF3-Al2O3(饱和)和悬浮液中Cu-10Al电极阳极过程,证明冰晶石比(CR=x(KF)/x(AlF3))、温度和颗粒体积分数(φ)对阳极电化学行为的影响。最初,在750 °C和电流密度为0.4 A/cm2的条件下,以恒电流模式在熔体和悬浮液(φ=0.12,0.15)中进行阳极极化。熔体中的阳极电势在2.5~3.2 V之间变化,悬浮液(φ=0.12)的阳极电势则在3.3~3.4 V之间变化。采用XRD分析阳极表面的氧化物相。阳极极限电流密度和传质系数均随着悬浮液中体积分数的增加而急剧下降。研究结果表明,使用Cu-10Al阳极的较好工艺参数是:800 °C,熔体CR 1.4,颗粒体积分数约0.09。