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2023年, 第33卷, 第7期 刊出日期:2023-07-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • 王玉宝,张存生,孟子杰,陈 良,赵国群
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 1953-1962.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66235-1
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    为了精确识别金属板料的极限应变并提高成形极限预测精度,建立了一种新的耦合GTN模型的三维M-K模型,并命名为三维M-K-GTN模型。首先,通过引入摩擦应力和沿厚度方向上的法向应力,对经典M-K模型进行修正以使其适用于三维应力状态。随后,嵌入GTN模型以取代经验失效准则,将凹槽内孔洞体积分数累积到临界值时的应变作为极限应变。此外,考虑法向应力和摩擦应力,修正了孔洞形核与长大表达式。最后,预测成形极限曲线与实验获得的AA6016-T4 板料极限应变的对比结果表明,三维M-K-GTN模型解决了大应变路径下预测结果明显高估的问题,且在每个给定的应变路径下都具有较高的预测精度。
  • 张梦晗,刘胜胆,蒋靖宇,韦卫昌,
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 1963-1976.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66236-3
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    通过电化学试验和浸泡试验,使用电子背散射衍射、光学显微镜、扫描电镜和扫描透射电镜及扫描开尔文探针原子力显微镜,研究铜含量对Al-Zn-Mg-(Cu)合金晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性的影响。结果表明,铜含量从0增加至2.6%(质量分数),晶间腐蚀敏感性增高;而剥落腐蚀敏感性先增高后降低,铜含量为1%时的剥落腐蚀敏感性最高。随着Cu含量的增加,再结晶分数增加,再结晶晶粒的长宽比先减小后增大;晶界析出相与基体的伏打电势差提高,使晶界析出相更易被腐蚀。根据晶界析出相的形貌特征、晶粒组织和晶界析出相与基体的伏打电势差,对晶间腐蚀和剥落腐蚀的萌生和扩展进行讨论。
  • 李建宇,吕书林,陈 露,廖 巧,郭 威,吴树森
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 1977-1987.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66237-5
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    采用超声振动技术制备2%(质量分数)纳米SiCp/Al-Cu复合材料浆料,并研究挤压铸造压力对纳米SiCp/Al-Cu复合材料颗粒分布和力学性能的影响。研究发现,随着挤压压力从0增至400 MPa,合金α(Al)晶粒尺寸先大幅降低而后下降趋势变缓,并且铸件中孔隙率明显降低。当挤压压力为400 MPa时,α(Al)晶粒尺寸从105 μm减小到25 μm,纳米SiCp分布得到明显改善,以致其力学性能最佳。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为290 MPa、182 MPa和10%,相比于重力铸造(0 MPa)分别提高52.6%、25.5%和400%。在高压作用下,纳米SiCp/Al-Cu复合材料强度和伸长率的提高归因于晶粒细化、孔隙率降低和纳米颗粒均匀分布。
  • 罗开广,吴雨泽,熊汉青,张昀,CharlieKONG,喻海良,
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 1988-2000.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66238-7
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    为了获得更高性能的铝基复合材料(AMCs),采用室温异步轧制(AR, 298 K)和深冷异步轧制(ACR, 77 K)制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料带材。通过拉伸实验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对铝基复合材料的力学性能和微观结构进行分析。结果表明,深冷异步轧制比室温异步轧制更能提高复合材料的力学性能。深冷异步轧制含3%(质量分数)高熵合金颗粒的铝基复合材料的抗拉强度达到253 MPa,比室温异步轧制复合材料提高13.5%。与室温异步轧制相比,深冷异步轧制的复合材料具有更少的微孔洞、更细小的晶粒尺寸和更高的位错密度。深冷异步轧制复合材料微缺陷的减少是因为铝基高熵合金颗粒复合材料在深冷环境中具有合适的体积收缩效应。
  • 欧玲,李林艳,范才河,聂宇峰,阳建君
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2001-2013.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66239-9
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    为了实现强度与塑性的良好匹配,在室温下采用交叉累积叠轧(CARB)技术制备7道次6061铝合金薄板。利用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射对其微观结构进行分析。结果表明:CARB试样的极限抗拉强度和伸长率均明显优于ARB试样。CARB试样的平均晶粒尺寸更小,有更多的小角度晶界转变成大角度晶界,且位错密度更高。CARB制备出的6061合金材料轧制织构明显弱化,以Brass{011}á211?织构为主。CARB6061合金的更高强度主要由超细晶粒强化和位错强化导致,更高延展性归因于更细小的晶粒和弱织构。
  • 丁德渝,杜宇航,唐梅芳,宋 波,郭 宁,张红菊,郭胜锋
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2014-2029.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66240-5
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    利用金相显微镜、X射线衍射仪、带有能谱仪的扫描电镜、电化学测试及恒电流放电测试对挤压态及固溶时效态Mg-6Zn-Mn-xNd (ZM61, x=0, 0.2, 0.6, 0.8, 1.0, 质量分数,%)合金微观结构、耐腐蚀性能及放电性能进行表征。结果表明,Nd的微合金化能促进ZM61合金晶粒细化,挤压态及固溶时效态ZM61-0.6Nd合金在所有合金中具有最为优异的耐腐蚀性能及放电性能;然而,热处理却降低挤压态合金的综合性能。其中,挤压态ZM61-0.6Nd合金的腐蚀电流密度为1.611×10-5 A/cm2,在电流密度为1和10 mA/cm2放电24 h的放电电位分别为-1.517 V和-1.336 V (vs SCE),其阳极利用率约36%,在所有研究合金中具有最好的综合性能。分析认为,挤压态ZM61-0.6Nd合金良好的放电性能可归因于镁合金耐腐蚀性能的提升及放电产物的开裂效应。
  • 冯芷琪,孙 缘,段永华,起华荣,彭明军
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2030-2043.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66241-7
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    采用熔融法制备Mg-39Pb-11.5Al- 1B-0.4Sc合金,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、极化曲线测试和电化学阻抗谱 (EIS)分析合金在3.5%(质量分数)NaX (X=F, Cl, Br, I)溶液中的腐蚀行为和机理。结果表明,Mg-39Pb-11.5Al-1B合金的组成相为α-Mg、Mg2Pb、Mg17Al12和AlB2。Sc的加入可以显著细化显微组织。Mg-39Pb-11.5Al-1B-0.4Sc合金在NaX溶液中的耐腐蚀性顺序为NaCl < NaBr < NaI < NaF。在NaX(X = Cl, Br, I) 溶液的腐蚀过程中Mg先被溶解,然后Mg2Pb被溶解,最后导致Mg17Al12从基体脱落。Mg和Mg2Pb腐蚀产物分别为Mg(OH)2和MgO。
  • 李育丰,王柏文,孙小淏,刘德宝
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2044-2053.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66242-9
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    采用慢应变拉伸测试方法对Mg-3wt.%Zn-0.2wt.%Ca(质量分数)(MZC)合金和氟化镁(MgF2)涂层Mg-3wt.%Zn-0.2wt.%Ca合金(MZC-MF)的应力腐蚀开裂行为进行研究。结果表明,MgF2涂层可以显著提高 MZC 合金在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性并延长其断裂失效时间。MgF2涂层明显降低MZC 合金在SBF中的应力腐蚀敏感性,应力腐蚀开裂敏感性指数(Iscc)分别降低21% (UTS), 22% (tf), 23% (δ), 7% (φ)和15% (A)。
  • 罗耀峰,陆锐宇,王 岩,刘 彬,阳海棠,刘 咏
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2054-2063.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66243-0
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    采用电火花等离子烧结(SPS)制备Al2O3短纤维(含28%(体积分数)SiO2) 增强TiAl基复合材料。通过热力学和动力学分析,阐明界面反应机理。基体与Al2O3纤维的界面相为Ti5Si3,该相主要来源于TiAl基体中的Ti元素和Al2O3纤维中的Si元素。TiAl基体与Al2O3纤维的界面反应激活能为285.1 kJ/mol。此外,由于界面反应过程中Ti元素的消耗,界面周围的基体由γ-TiAl相组成。在热处理态Al2O3纤维和烧结态复合材料中,γ-Al2O3与非晶态SiO2相发生化学反应,形成莫来石相。
  • 贾晨,熊志平,杨德振,王扬卫,程兴旺,
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2064-2075.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66244-2
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    Ti2Ni/TiNi砖砌复合材料由TiNi水泥和分布在其中的Ti2Ni砖块组成,可以通过热轧Ti2Ni/TiNi叠层复合材料进行制备。轧制温度和压下量分别对砖块宽度和间距有重要的影响。当压缩方向垂直于堆叠方向时,所有的样品均出现分层断裂,力学性能大幅降低。当压缩方向平行于堆叠方向时,太大的砖块宽度和太小的砖块间距都会促进Ti2Ni和TiNi之间发生分层的现象。在700 ℃进行压下量为60%的轧制,砖砌复合材料得到最高的强度((1923.11±70.78) MPa)和最大的断裂应变(0.190±0.017),这是由于合适的砖块宽度和间距阻碍分层失效并促进裂纹的偏转。由此可见,通过优化砖块宽度和间距,可以进一步提高力学性能。
  • 汤菡纯,赵大鹏,万常俊,李小松,姬晓伟,唐金成,曹远奎,刘咏
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2076-2089.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66245-4
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    研究非均质显微组织对钛合金阳极氧化行为与生物相容性的影响。采用粉末冶金及后续热轧和热处理方法制备非均质Ti-15Zr合金,并采用电化学阳极氧化法获得纳米管阵列表面。结果表明,阳极氧化非均质Ti-15Zr上形成由纳米管团簇和显微裂纹构成的微纳结构表面,这种结构的形成与条纹状的(0001)取向晶粒以及Zr的非均质分布有关。与阳极氧化的电弧熔炼Ti-15Zr对照组相比,阳极氧化非均质Ti-15Zr具有与其相当的超亲水性,且蛋白吸附与细胞增殖效果更好,这主要是由于后者具有多尺度结构表面。
  • 曾思琪,田静静,胡树兵,肖 明,彭 博
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2090-2109.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66246-6
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    采用激光表面熔凝对镍铝青铜进行表面强化以提高其抗空蚀性能。通过XRD、SEM和TEM等手段对微观结构进行表征,并在超声空泡试验机上进行空泡测试。结果表明:采用功率为3 kW和扫描速度为10 mm/s的激光参数时,耐蚀性和抗空蚀性能较铸态合金得到提高。熔凝处理过程中晶粒细化强化、位错强化和析出相强化的协同强化机制以及均匀组织消除选相腐蚀主导了熔凝后镍铝青铜的抗空蚀性能。
  • 张惠然,胡瑞,刘茜,李盛洲,张光捷,钱权,丁广太,戴东波
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2110-2120.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66247-8
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    探索高熵合金(HEAs)的相形成规则对于新型合金的设计具有明确的指导意义。提出一种端到端的框架用来从特征池和模型池中分别选择特征子集和机器学习(ML)模型。在该框架中,模型池中的模型基于其获得的特征重要性来选择适合自身的特征子集;通过评估每个模型和其对应的特征子集的拟合结果,用于建立目标任务的预测模型;最终,获得影响HEAs相形成的重要因素。研究结果显示,建立的相预测模型可将430种HEAs分成5种相,测试准确度达到87.8%,并且通过分析模型发现,当原子尺寸差异大于8.295%时,HEAs的单相固溶体的形成受到抑制。
  • 李 鹏,孙浩田,李 超,吴宝生,杨 江,姜 瑀,董红刚
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2121-2135.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66248-X
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    为探索共晶高熵合金潜在的工程应用,研究AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金与304不锈钢扩散焊接头的界面组织和力学性能。扩散区由固溶体区和Fe2Al5金属间化合物区组成。不锈钢与高熵合金、高熵合金中两相之间均存在元素扩散速率差异,近高熵合金侧形成由FCC相和γ-Fe相组成的固溶体区,提高接头的剪切强度。另外,接头剪切强度先增加后减少,在980 ℃,60 min和30 MPa工艺参数下接头最高剪切强度为355 MPa。扩散区形成的互锁结构和局部固溶体结构协同提高接头的剪切强度。
  • JosephRajXAVIER,C.DHANALAKSHMI,ShanmugaSundariCHANDRARAJ,S.P.VINODHINI
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2136-2154.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66249-1
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    研究了聚(天冬酰胺-共苯丙氨酸)(P(Asn-co-Phe)/SnO2)对环氧树脂(EP)涂层防护性能的影响。电化学阻抗谱分析表明,与纯环氧树脂涂层相比,马口铁表面EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2纳米复合材料涂层具有更好的防护作用。EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2纳米复合材料涂层的电阻(Rcoat)为3854.70 k??cm2,比环氧树脂涂层的大38倍。扫描电化学显微镜分析表明,EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2的电流分布更小。通过XRD和SEM/EDX对降解产物进行分析,证实了功能化SnO2颗粒对环氧树脂涂层防护能力的影响。EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2纳米复合材料涂层的水接触角为133°,证实了其疏水性。此外,与纯环氧树脂涂层相比,EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2纳米材料复合涂层具有更高的力学性能和抗菌活性。综上,由于在环氧树脂基体中添加了P(Asn-co-Phe)/SnO2纳米颗粒,EP-P(Asn-co-Phe)/SnO2 纳米复合材料提供了出色的屏障和力学性能,从而阻碍了材料的降解,有助于延长涂层钢的寿命。
  • 王璐,李红肖,薛正良,
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2155-2167.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66250-8
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    提出一种合成h-MoO3纳米棒和h-/α-MoO3复合材料的简易湿法途径,并采用XRD、TG-DSC、FESEM- EDX、TEM、FT-IR、拉曼、PL和 UV-vis DRS 光谱等技术对所得产物进行表征。当所用原料液/固比为2:1和5:1时,能够合成单相h-MoO3纳米棒;增加液/固比至8:1和12:1,所得产物则为均质h-/α-MoO3复合材料。根据实验结果,还对h-MoO3的形成机理及其转换成α-MoO3的反应过程进行研究。h-MoO3的淬火过程可分为3个不同的质量损失阶段,分别由物理吸附水、残留铵根离子以及结合水的移除所致。h-MoO3纳米棒和h-/α-MoO3复合材料在亚甲基蓝染料的降解方面均显现出优异的可见光响应光催化性能。由于低的电子-空穴复合率、低的能带跃迁能以及强的吸附-光催化协同作用,h-/α-MoO3复合材料的光催化降解性能更为优异。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 罗松,宫凤强,李留留,彭康
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2168-2182.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66251-X
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    为了研究岩石的能量分布规律及其围压效应,开展不同围压下的三轴循环压缩试验。基于所得应力-应变曲线计算不同应力水平下的峰前输入应变能、峰前弹性应变能和峰前耗散应变能。结果表明,不同围压下峰前弹性应变能和峰前耗散应变能与峰前输入应变能呈明显线性相关,从而得到三轴循环压缩下的线性储能和耗能规律。岩石三轴压缩储能系数与围压呈正相关,而对应的耗能系数则相反。利用线性储能规律,可以推导出岩石在三轴压缩作用下的峰值弹性应变能和峰值耗散应变能。此外,基于线性耗能规律分析了不同围压下岩石的损伤演化特征。
  • X. WEN, M. SHEVCHENKO, E. JAK
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2183-2205.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66252-1
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    为了支撑现有以及新兴火法冶金工艺的改进和研发,作为PbO-ZnO-Cu2O-FeO-Fe2O3-CaO-SiO2-Al2O3- MgO-S-(微量As, Sn, Sb, Bi, Ag, Au, Ni, Cr和Co)19种元素多组分渣/锍/合金/黄渣系统热力学研究的一部分,对PbO-“CuO0.5”和 PbO-“CuO0.5”-“FeO1.5”体系在金属铜以及铅铜合金饱合条件下的相平衡进行研究。试样采用高温平衡加淬火处理,并使用电子探针(EPMA)直接测量渣相、固体氧化物相和金属相的成分以确定体系的相平衡。通过实验获得铅黄(PbO)、尖晶石((Fe,Cu)Fe2O4)、赤铜矿(Cu2O)、铁氧体铅(Pb2+xFe2O5+x)、磁铁铅矿(Pb1+xFe12-xO19-x)、铜铅矿(Cu2PbO2)和赤铜铁矿(CuFeO2)在688~1000 ℃的初晶相区相平衡广数据。PbO-“CuO0.5”系统的实验结果表明,铜铅矿(Cu2PbO2)发生不一致熔化,而非如之前的研究表明它在低于二元共晶温度的情况下分解形成铅黄(PbO)和赤铜矿(Cu2O)。基于过去和现在的实验研究结果,采用FactSage 热力学计算软件包导出一组描述系统中所有物相的自洽热力学模型参数。
  • 朱 强,杨建广,唐朝波,丁瑞泽,南天翔,胡晴程
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2206-2215.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66253-3
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    对NaCl-KCl、NaCl-CaCl2、NaCl-Na2CO3、NaCl-KCl-CaCl2和NaCl-KCl-Na2CO3熔盐体系开展比较分析,研究不同熔盐体系的相图、热稳定性和硫化锑的溶解度。根据锑元素分布特征、电流效率、能耗及熔渣成分表征结果,优选出适合Sb2S3电解还原的熔盐体系。结果表明,所有熔盐体系均具有良好热稳定性,且可实现Sb2S3的电解还原。添加CaCl2的体系不利于Sb2S3溶解,而添加Na2CO3的体系会与Sb2S3发生反应。此外,NaCl-KCl体系的电流效率最高(75.68%),且能耗最低(2.18 kW·h/kg)。
  • 王 科,王亲猛,陈远林,李中臣,郭学益
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2216-2230.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66254-5
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    应用物质流分析于锑火法冶炼系统。以锑、砷为目标元素,建立基于生产系统的物质平衡表和物质流 图,构建有关系统直接回收率、废物回收率、资源效率的评价指标体系。结果表明:锑的资源效率为89.21%,挥发熔炼、还原熔炼和除杂精炼过程锑的直收率分别为78.79%、91.00%和96.06%。同时,每产出1 t金属锑,会有11.94 kg的砷进入到冶炼系统中。砷为冶炼过程主要杂质元素。重点分析砷在主要单元过程中的分布转化行为。基于物质流分析提出提高锑资源利用效率和清洁生产的建议。
  • 万章豪,杨世亮,孔德颂,李东波,胡建杭,王华
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2231-2244.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66255-7
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    采用VOF方法对顶吹浸没熔池中氮气-渣-铜锍的流体动力学特性和搅拌特性进行数值研究。阐明气泡行为和流体速度之间的关系;研究气体入射速度和旋流对流体涡流结构、气体穿透深度和流体速度的影响。结果表明,气泡的形成和上升分别增加和降低流体速度。由于低温气体的注入,流体温度在高度0.43 m和0.52 m处分别呈现V形和W形分布。相比于58 m/s的气体注入速度,气速为98 m/s时气相的时均和最大穿透深度分别增加78.4%和31.9%。由于轴向速度分量的减小,旋流降低气体穿透深度、增加相间动量传递效率、抑制渣相喷溅。
  • 董中林,李骞,饶雪飞,徐斌,杨永斌,董海刚,姜涛
    中国有色金属学报(英文版). 2023, 33(7): 2245-2254.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66256-9
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    开发了钠焙烧-还原浸出联合工艺从废Pd/Al2O3催化剂中回收Pd和Al2O3。钠化焙烧热力学分析表明,在最佳的Na2O/Al2O3摩尔比和温度下,NaOH、Na2CO3和Na2C2O4均可以与Al2O3完全反应生成NaAlO2。NaOH、Na2CO3和Na2C2O4的焙烧渣经水浸后,Al2O3浸出率分别为99.6%、61.0%和55.3%。机械活化-NaOH无水焙烧工艺避免了焙烧渣的固结且可获得较高的Al2O3浸出率。N2H4·H2O还原浸出避免了水浸过程中Pd的溶解损失且催化剂中99.7%的Al2O3被浸出。最终得到NaAlO2浸出液和富钯渣,其中有价的铝和钯可被进一步回收。