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2024年, 第34卷, 第10期 刊出日期:2024-10-25
  

  • 全选
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  • 邹国童,陈世杰,徐亚琪,沈保坤,张瑜佳,叶凌英
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3069-3092.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66596-9
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    铝合金是最早开始使用且应用最广泛的超塑性材料之一。综述了超塑性铝合金的研究进展,重点总结了铝合金在超塑性变形过程中的显微组织演变和变形机理,详细讨论了典型超塑性铝合金在超塑性变形过程中晶粒组织、织构、第二相和空洞的演变。基于聚焦离子束(FIB)的表面研究能为不同超塑性变形机制提供定量评估,从而为研究铝合金的超塑性提供新的思路。基于FIB的表面研究可以直观地观察到晶界滑移、晶内位错滑移和扩散蠕变等主要特征,并进行定量分析。本研究可为超塑性变形机理的研究和超塑性铝合金的发展提供一定的参考。
  • 刘畅畅,李杨欢子,顾 及,宋 旼
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3093-3117.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66597-0
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    近年来,钛及钛合金由于具有一系列优异的性能受到了广泛的关注。与其他合金体系不同,钛合金中存在着两种同素异形体和一系列亚稳相。在总结近年来研究成果的基础上,综述了钛合金中存在的各种相变过程,其中不仅涉及到了一些常见的相,还有部分较少被报道的相。对于钛合金中只涉及α相和β相的相变,不仅介绍了从β到α相的转变过程,还对其逆相变进行了描述,并阐述了应力在其中发挥的作用。对于亚稳相,从亚稳相的形成机理、其形成对微观结构和合金力学性能的影响等方面分别进行了论述。此外,还针对目前钛合金在发展过程中存在的问题提出了几点意见和建议。
  • 于铧铭,陈冬萍,张力今,黄绍祯,周亮君,旷桂超,韦伟峰,陈立宝,陈月皎
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3118-3150.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66598-2
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    水系锌离子电池因其固有的高安全性、经济效益和环境友好性,被认为是大规模储能系统的候选者。然而,负极/电解液界面上发生的枝晶生长、析氢反应和界面钝化等问题使其实际应用受到严重的阻碍。因此,构建稳定的负极/电解液界面在调节锌沉积和提高水系锌离子电池循环寿命等方面发挥着关键作用。基于对负极/电解液界面基础理论的研究,讨论了锌金属负极受制于不稳定界面而面临的诸多挑战,并系统总结了利用电解质工程稳定负极/电解液界面的调控策略。此外,介绍了包括分析锌金属负极的界面化学和表面形貌演变在内的有效性测试技术。最后,对未来研究提出建议和展望。这对构建高性能水系锌离子电池具有一定的借鉴意义。
  • 邓三喜,李劲风,王 理,陈月雁,向正武,马鹏程,陈永来,刘丹阳
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3151-3169.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66599-4
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    研究随预变形量增加(0~15%)时T8时效态铝铜锂合金的显微组织演变和力学性能,揭示显微组织特征与强度之间的关系以及内在的强化机制。结果表明,增加预变形量可显著提高该合金的强度但会降低其塑性。预变形引入的位错有效抑制GP区的形成,并为T1相提供更多形核位点,这导致预变形量更大的样品中形成更密集且细小的T1相;同时,T1相析出增强与GP区形成受阻导致θ′析出相的数量和尺寸显著降低。对不同强化机制的贡献进行定量描述。结果表明:随着预变形量增加,T1相和θ′相的强化贡献降低。T1相直径减小是其强化效果减弱的主要原因。因此,该合金强度的提高主要归因于增加预变形量诱发应变硬化主导的强化贡献。
  • Marco NEGOZIO, Antonio SEGATORI, Riccardo PELACCIA, Barbara REGGIANI, Sara Di DONATO, Lorenzo DONATI
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3170-3184.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66600-8
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    介绍了一种开发AA6063铝合金再结晶模型的创新方法。该方法结合了基于回归分析的材料常数测定技术,并引入了评估晶粒尺寸演变的新方程。该方法的校准和验证结合了从3种AA6063铝合金型材的挤压实验中获得的显微组织数据和使用Qform Extrusion UK有限元代码模拟的结果。结果表明,显微组织演化的实验结果与数值模拟的预测结果相吻合。该方法准确模拟了动态再结晶和静态再结晶后晶粒尺寸随不同工业参数变化的趋势,在几乎整个抽样计算中,误差都小于25%。
  • 许心渊,姜 磊,张鑫彪,毛铭宏,谢建新
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3179-3190.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66874-9
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    研究了铁含量对Al-10.50Zn-2.35Mg-1.25Cu-0.12Cr-0.1Mn-0.1Zr-0.1Ti超高强铝合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,Fe含量的增加使得微米级第二相如(Cu,Fe,Mn,Cr)Al7相、σ相(由Al、Zn、Mg和Cu元素组成)和Al3(Zr,Ti)相的体积分数显著增加,导致强化相形成元素的消耗,从而使得强化相的数量显著减少。虽然铁元素对抗拉强度的影响较小,但它显著影响伸长率(δ)。例如,含0.18%(质量分数)Fe的合金其平均伸长率(δ=4.5%)不足Fe含量<0.1%(质量分数)合金的一半(δ=9.9%~10.9%)。这种减少归因于粗大第二相的形成和第二相周围强化相数量减少的综合作用。
  • 凡晓波,王启梁,邬方兴,王旭刚
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3185-3193.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66601-X
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    通过建立超低温V形压弯装置,确定温度和凸模半径对2219固溶态铝合金超低温回弹的影响,并进行力学分析和数值模拟揭示超低温回弹机制。结果表明,超低温回弹角略大于常温,在恢复至常温的过程中,回弹角进一步增大,这是由于“双增效应”和热膨胀的影响。90° V形弯曲存在一个回弹角为零的临界圆角半径,且超低温临界圆角半径小于常温,这是由于圆角弯曲段和直臂反弯曲段的正负弯矩比受到超低温耦合的影响。
  • 梁上上,文胜平,郭科宏,刘宝胜,胡 勇,魏 午,吴晓蓝,黄 晖,高坤元,熊湘沅,聂祚仁
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3191-3202.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66875-0
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    通过硬度测试、拉伸测试、晶间腐蚀测试、剥落腐蚀测试、透射电镜等手段研究了含Si和Er元素的峰时效态AlZnMgCu合金的耐蚀性能与力学性能。结果表明,η′相和纳米级GPB-II区可协同强化峰时效态AlZnMgCuSiEr合金。AlZnMgCu合金的屈服强度提高38.5 MPa,伸长率提高4.5%。同时,Er和Si元素的协同作用提高AlZnMgCu合金的耐蚀性能,最大晶间腐蚀深度从264.2 μm减小至9.9 μm,其根本原因是Er和Si元素的复合添加可调控AlZnMgCu合金的晶内和晶界析出相的演变过程。
  • 陈伟民,零锦凤,Kewu BAI,郑开宏,殷福星,张利军,杜 勇
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3194-3207.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66602-1
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    基于实验数据构建了钛基合金杨氏模量、硬度和热加工能力的机器学习模型。首先,从扩散偶的成分变化和纳米压痕数据中重新高通量评估互扩散和力学性能数据。然后,通过所构建的模型在交互循环中筛选出一种具有单一BCC相的Ti-(22±0.5)%Nb-(30±0.5)%Zr-(4±0.5)%Cr (摩尔分数)(TNZC)合金。并且,该合金具有相对较低的杨氏模量((58±4) GPa)、高纳米硬度((3.4±0.2) GPa)、高显微硬度(HV (520±5))、高压缩屈服强度((1220±18) MPa)、大于30%的大塑性应变以及优异的干磨损和湿磨损性能。结果表明,机器学习与高通量分析方法相结合可以作为一个强大的工具来加速设计具有优异性能的多元钛合金,同时也表明TNZC合金是生物医学应用中一种具有吸引力的候选材料。
  • 莫太骞,肖华强,尹存宏,林 波,王雪健,马 凯
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3203-3217.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66876-2
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    采用累积叠轧(ARB)、冷轧和退火处理制备了具有非均匀层片结构的1060/7050 Al/Al层状金属复合材 料,并结合微观结构表征、力学性能测试和原位断口形貌观察,研究了其强化机理。结果表明,在不同次数的ARB循环后,Al/Al层状复合材料组成层之间存在明显微观结构差异。与轧制压下量分别为37.5%和50.0%的轧制态2560层Al/Al层状复合材料相比,轧制压下量为62.5%的样品由于其在界面上相对较高的机械不相容性,退火处理后能够更有效地改善力学性能。在拉伸变形过程中,随着具有非均匀层片结构的2560层Al/Al层状复合材料中不相容性程度的增加,几何必需位错的密度随之增加以适应较大的应变梯度,导致更为显著的背应力强化效应和力学性能的改善。
  • 陶 慧,李慧中,李佳慧,王 丽,贺卫卫,谭孝芬,周 睿,梁霄鹏
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3208-3220.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66603-3
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    采用热压缩实验、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)研究了电子束选区熔化(SEBM)制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金(摩尔分数,%)在1150 ℃和0.1 s-1条件下热变形过程中的显微组织演变和动态再结晶(DRX)机制。结果表明:合金的初始显微组织为沿打印方向交替分布的γ粗晶层和γ+α2+(α2/γ)细晶层。热变形初期,粗晶中形成有利于后续变形的变形孪晶,细晶区域发生少量动态再结晶(DRX)。随着应变的增加,粗晶区和细晶区通过不同的再结晶机制形成大量的DRX晶粒。其中,细晶区的DRX机制为不连续动态再结晶(DDRX),粗晶区的DRX机制包括DDRX和连续动态再结晶(CDRX)。
  • 王永晓,付 杨,徐 潇,李 辉,张文东,冯 锐,潘尧坤,崔晓丽
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3218-3239.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66877-4
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    对2195铝锂合金进行挤压和轧制变形,研究该过程中显微组织和织构的演变行为。采用EBSD技术揭示了不同织构成分的微观演变机理。研究结果表明,织构演变存在两种机制:塑性应变引起的晶粒整体取向转变和晶内剪切带导致的局部取向转变。轧制变形时,Ex 和Cu 挤压织构组分转变为S 织构;Bs 织构组分则向R-Bs和S附近取向转变。随轧制变形量增加,S、Bs和R-Bs组分绕TD轴旋转并散化成其他新取向,从而形成新的再结晶晶粒。具有不同初始取向的剪切带局部位置在轧制变形时其演变路径相似,均是由初始取向转变为一系列再结晶新取向。
  • 卜志强,马秀萍,吴家云,吕 榛,陈 虎,李金富
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3221-3232.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66604-5
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    采用连续驱动摩擦焊接方法焊接Ti2AlNb基合金,对不同焊接转速(500、1000和1500 r/min)下的焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:接头焊缝区(WZ)完全由再结晶的B2相组成,且B2晶粒尺寸随着转速的增加而减小;焊接过程中热力影响区(TMAZ)发生严重变形,大部分原始析出相溶解的同时,组织中出现明显的流线;热影响区(HAZ)中只有细小的O相发生溶解。转速为1000 r/min时,焊接接头力学性能最好,其强度和伸长率均接近母材;转速为500 r/min时,焊接接头的力学性能最差。焊后退火处理可以明显消除变形组织,并在接头中重新析出细小的O相,从而大幅提高接头的力学性能。拉伸过程中分解的α2相容易成为裂纹萌生的源头,极大限制接头力学性能的提高。
  • 陈 静,徐文杰,杨家豪,杨 志,石红利,林高用,利助民,沈 旭,姜 波,刘会群,桂凯旋
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3233-3250.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66605-7
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    研究了不同冷轧路径的纯铜在400 ℃退火10、30、60和420 min过程中的再结晶行为、晶界特征分布以及力学性能。不同的轧制路径改变了冷轧铜的晶界取向,导致再结晶晶粒定向成核和长大;而织构演变表明,不同轧制路径的冷轧铜在退火后没有表现出明显的择优取向。RD-60样品的晶粒尺寸最小(6.6 μm)。结果表明,在晶粒尺寸和低∑CSL晶界共同作用下,RD-60样品具有较好的力学特性和高塑性,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为81 MPa、230 MPa和49%。这些结果可以为调整纯铜箔的微观结构和性能,以及通过轧制和拉拔等工艺设计为纯铜箔的制造路线提供指导。
  • 古佐鸿,周云轩,彭家兴,何光明,吕 颢,董 权,谭 军,陈先华,蒋 斌,潘复生,Jürgen ECKERT
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3240-3255.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66878-6
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    为了获得具有高抗拉强度、塑性和刚度的轻质多组元镁合金,设计了两种挤压态Mg92-5xAl1.5+3xZn3- Cu3.5+xCex (x=0.5和1,标记为C0.5和C1) 合金。结果表明,与C1合金相比,C0.5合金的极限抗拉强度、屈服强度和塑性得到同步提升,分别达到346 MPa、312 MPa和11.7%,这归因于大量第二相 (微米Al3CuCe、微米 MgZnCu和纳米MgZnCu相) 的细化。此外,屈服强度的计算结果表明,Orowan强化和热膨胀系数错配强化是主要的强化机制,对于C0.5合金,这两者强化方式对屈服强度的贡献值分别为28和70 MPa。此外,C0.5合金因为 ác+a? 滑移系的活化,比C1合金具有更好的塑性。
  • 孟 涛,王日初,蔡志勇,姚映君
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3251-3264.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66606-9
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    通过真空沉积在Kovar颗粒上形成FeWO4涂层,抑制元素在界面处的扩散,从而提高Cu/Kovar复合材料的热导率。采用热压法制备了未改性(Cu/Kovar)和改性Kovar颗粒增强(Cu/Kovar@)的Cu基复合材料。结果表明:Cu/Kovar@复合材料中Cu/FeWO4和FeWO4/Kovar界面结合较强,且未产生二次相;FeWO4的存在阻碍了复合材料内部界面的扩散,导致晶粒尺寸增大和位错密度降低。Kovar颗粒进行表面改性后,Cu/Kovar@复合材料的热导率从40.6 W·m-1·K-1提高到85.6 W·m-1·K-1,提高了110%。Cu/Kovar@复合材料的热膨胀系数为9.8×10-6 K-1,可满足电子封装要求。
  • 贺亚云,郭 睿,赵 熹,张治民
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3256-3271.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66879-8
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    采用预先调控片层长程有序(LPSO)相的方法来增强稀土镁合金的热加工能力。此外,采用低温挤压实现小变形程度下合金性能的综合提升,为高性能大型构件的制备提供新的途径。对比分析了不同温度 (420、450、480 ℃) 挤压 (挤压比为3.6?1) 对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金显微组织和性能的影响,以阐明低温挤压下的强化和塑性机制。结果表明,挤压温度为420 ℃时,合金的屈服强度为341 MPa,抗拉强度为419 MPa,伸长率为7.2%。强度的提高主要得益于未动态再结晶区(un-DRX )较强的基面织构和内部位错钉扎,较低的β动态析出相体积分数有利于提高合金的塑性。
  • 焦志娴,王清周,丁燕军,殷福星,徐超辉,韩翠红,范其香
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3265-3281.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66607-0
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    为了提高Cu-11.9Al-2.5Mn形状记忆合金(SMA)的综合性能,通过制备多层石墨烯(MLG)-Cu51Zr14复合粉末冷压预制体,将MLG由Cu51Zr14孕育剂颗粒承载后添加并分散于该合金中。在所制备的新型MLG/Cu-Al-Mn复合材料中,碎片状或絮状的MLG与Cu-Al-Mn基体结合良好。MLG可以阻碍Cu-Al-Mn SMA晶粒的粗化,并在MLG/Cu-Al-Mn界面附近产生热失配位错。MLG/Cu-Al-Mn复合材料的阻尼和力学性能显著提高,当MLG的含量达到0.2%(质量分数)时,其最高室温阻尼为0.0558,抗拉强度为801.5 MPa,伸长率为10.8%,硬度为HV 308。基于深入的显微组织观察,结合内耗理论以及金属的强韧化理论,对相关机理进行讨论。
  • 王锡灶,罗天骄,黄秋燕,刘天宇,李应举,郑 策,郭 爽,杨院生
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3272-3287.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66880-4
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    研究了挤压温度对阻燃Mg-6Al-3Ca-1Zn-1Sn-Mn(质量分数,%)合金动态再结晶行为和力学性能的影响。热挤压过程中合金的动态再结晶机制为连续动态再结晶(CDRX)和颗粒诱导形核(PSN)。通过降低挤压温度,屈服强度从 218 MPa显著提高到 358 MPa,提高了140 MPa。对强化机制进行了定量分析,强度的提高主要归因于晶界和位错强化。对塑性机理进行了定性分析,降低挤压温度,未再结晶晶粒体积分数的增加导致拉伸变形过程中{10 2}拉伸孪晶数量的增加,从而降低了塑性。
  • Aleksandr V. SHUITCEV,任 艺,张泽中,Roman N. VASIN,孙 斌,李 莉,佟运祥
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3282-3294.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66608-2
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    利用扫描电子显微观察、透射电子显微观察、X射线衍射分析、差示扫描量热分析、硬度测试和弯曲测试研究了(Ni50Ti30Hf20)95V5合金的显微组织、马氏体相变行为与形状记忆性能。结果表明,添加V可显著影响合金的显微组织。添加V会导致合金中形成室温下与B19′马氏体相共存的(Ni,V)2(Ti,Hf)型Laves相。经550 °C时效处理的合金表现出析出强化行为,这主要是因为合金中形成纳米尺寸的正交结构的H相。当时效时间为3 h时,合金表现出峰值硬度。与固溶态合金相比,时效态合金表现出较大的相变应变和较小的不可恢复应变,当外加应力为500 MPa时,合金达到最大相变应变,为1.56%。
  • 姜永恒,邱心雷,张正强,宋子衡,戴胜广,王学雷,吴 纯,孟 超
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3288-3305.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66881-6
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    为了提高镁合金焊接接头在循环载荷下的疲劳性能,研究并对比分析了激光仿生处理和超声冲击仿生处理对AZ31B镁合金TIG焊接接头疲劳裂纹扩展(FCG)行为的影响。结果表明,仿生处理细化接头表面的晶粒,提高显微硬度。在裂纹稳定扩展阶段,两种仿生试样均表现出较低的FCG速率和较高的FCG抗性。两种仿生处理方法均降低裂纹萌生的概率,一定程度上促进裂纹偏转,为改善焊接接头FCG行为提供新的途径。
  • 张梦瑶,马 帅,李 鑫,高 野,吴壮志,王德志
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3295-3308.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66609-4
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    为了提高钼合金在常温及高温条件下的力学性能,采用粉末冶金方法制备Mo-14Re-1CeO2合金,并探究其微观结构和力学性能。结果表明,Mo-14Re-1CeO2的极限抗拉强度达到657 MPa,总伸长率为35.2%,明显高于纯钼(453 MPa、7.01%)。另外,Mo-14Re-1CeO2在高温(1200 ℃)下的压缩强度达到355 MPa,同样高于纯钼(221 MPa)。CeO2与Mo-14Re基体间形成共格界面,且CeO2颗粒均匀分布于晶界和晶内。该合金力学性能的提升主要归因于Mo-Re固溶体的形成、晶粒细化以及CeO2颗粒的弥散强化效应。
  • 梁振泉,肖树龙,田 野,郑云飞,郭应飞,徐丽娟,薛 祥,田 竟
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3306-3322.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66882-8
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    采用先进电子显微技术研究了感应凝壳熔炼(ISM)制备的C/Y2O3协同微合金化高铝和低铝TiAl合金的显微组织和蠕变行为。显微组织分析表明:Y2O3颗粒弥散分布在两类TiAl合金中;元素C以固溶形式存在于低铝合金中,而以Ti2AlC颗粒形式存在于高铝合金片层中。此外,高铝TiAl合金中产生高密度纳米孪晶。蠕变数据证实C/Y2O3微合金化显著强化TiAl合金的蠕变抗力,这得益于Y2O3颗粒的弥散强化、动态析出的Ti3AlC颗粒的沉淀强化以及固溶C原子或Ti2AlC颗粒造成的片层稳定化。此策略对于高铝TiAl合金的蠕变抗力有更显著的提升作用,这归因于额外的孪晶强化效应。在775~850 ℃范围内,这些合金以韧脆混合模式发生蠕变断裂,但随着温度的升高,断裂特征有所改变。
  • 宿 浩,陈 姬,武传松
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3309-3325.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66610-0
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    提出一种新的三维数值模型,研究搅拌头摆动对搅拌摩擦焊接过程中热流耦合特征的影响。模型中考虑搅拌头在旋转过程中的偏心现象,采用搅拌头-工件界面的非对称边界条件,并使用动态网格技术。研究发现,搅拌头偏心会引起搅拌头-工件界面和剪切层内部热流密度的周期性变化,但是,热流密度变化的波动幅度有限。模拟结果证明搅拌头偏心会使得搅拌头旋转周期内的材料流动行为发生显著变化。此外,材料在后退侧的速度变化对搅拌摩擦焊接周期性特征的形成尤为重要。模拟结果与实验结果吻合良好。
  • 彭文飞,董超琪,黄巧东,汪小锋,Oleksandr MOLIAR
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3323-3341.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66883-X
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    系统研究了Ti-5.7Al-2.9Nb-1.8Fe-1.6Mo-1.5V-1Zr合金在极端条件下的力学行为与显微组织演变。结果表明,应变速率和温度对力学行为和显微组织均有显著影响。合金在所有温度和应变速率条件下均表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。合金在热轧状态下为典型的双态组织,包括等轴初生αp相与转变β相。压缩变形后,变形双态组织特征极大依赖于温度和应变速率。在低温和室温条件下,αp相的体积分数和尺寸与温度和应变速率负相关;在高温条件下,α相的体积分数与温度负相关。建立了修正Johnson-Cook本构模型,预测结果与实验结果吻合较好。
  • Mehri HASHEMZADEH, Keyvan RAEISSI, Fakhreddin ASHRAFIZADEH, Frank SIMCHEN, Amin HAKIMIZAD, Monica SANTAMARIA, Thomas LAMPKE
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3326-3343.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66611-2
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    在含草酸钛钾(Potassium titanyl oxalate, PTO)的硅酸盐电解液中采用不同阴极占空比和阴极电流密度的脉冲双极波形,在7075铝合金上生长等离子电解氧化(Plasma electrolytic oxidation, PEO)涂层,研究阴极脉冲参数对PEO涂层的影响。通过扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对涂层进行了表征。使用电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)研究其电化学性能。结果表明,当阴极占空比和阴极电流密度分别从20%和6 A/dm2增加到40%和12 A/dm2时,内层的生长速率从0.22 μm/min提高到0.75 μm/min。向电解液中加入PTO增强了阴极脉冲的影响,由此产生的阴极脉冲参数的变化使得内层生长速率从0.25 μm/min增加到1.10 μm/min。EDS分析结果表明,Si和Ti 主要分布在涂层的上部。XRD仅检测到γ-Al2O3,未检测到与Ti和Si化合物相关的峰。然而,EIS结果证实,Ti4+掺入氧化铝改变了涂层的电性能。在含有PTO的电解液中使用40%阴极占空比和大于6 A/dm2电流密度的双极波形获得的涂层,在240 d的浸泡期间表现出优异的电化学行为,这归因于有效的修复机制。关于研究参数对涂层性能的影响,强调了阴极脉冲参数和PTO在PEO过程中的作用。
  • 张海瑞,牛红志,杨 超,相 楠,张德良,陈拂晓
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3342-3356.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66884-1
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    采用TiH2基粉末冶金技术制备了具有不连续片层组织的钛合金,片层组织由母相β晶界附近平行的α晶团和晶内交织的α板条组成。在700 ℃真空退火过程中,α变体取向变得多样化,形态上呈现不连续性。α和β条带之间产生纳米级界面相δ-TiH,在拉伸变形过程中使位错在α/δ/β界面处堆集,滑移带的长度缩短至单个α条的宽度,多种áa?型滑移尤其是锥面ác+a?滑移被激活,促进位错的波滑移,提高加工硬化率。在分散的微剪切带和板条扭曲的共同作用下,晶界处的应力集中得到缓解。最终,样品的极限抗拉强度为1080 MPa,断裂伸长率为13.6%,实现了高氧含量钛合金的强塑性匹配。
  • 王彬彬,冯伊铭,罗 鑫,黄 群,侯子兴,吴雅琴,王鹏宇,齐宇阳,孟庆飞,韦伟峰,周亮君
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3344-3357.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66612-4
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    采用溶液燃烧和固态相结合的方法将Sc和Zn引入O3-NaMn0.5Ni0.5O2(NaMN),研究Sc和Zn双取代对NaMN的Na+扩散动力学和结构稳定性的影响。物理化学表征表明,Sc和Zn的引入拓宽Na+的扩散通道,削弱Na—O键,从而促进Na+的扩散。理论计算结果表明,Sc和Zn双取代降低Na+的扩散势垒,提高材料的电导率。双取代的NaMn0.5Ni0.4Sc0.04Zn0.04O2(NaMNSZ44)正极具有高的循环稳定性,在1C下进行200次循环后,容量保持率为71.2%,在5C下进行400次循环后,容量保持率为54.8%。此外,与硬碳负极匹配组装的全电池具有显著的长期循环稳定性,在1C下进行250次循环后容量保持64.1%。这些结果表明,Sc和Zn双取代是一种改善NaMN的Na+扩散动力学和结构稳定性的有效策略。
  • 王 帅,张 芮,纪 明,孙枫泊,麻子硕,安 琦,黄陆军,耿 林
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3357-3367.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66885-3
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    为评估飞机蒙皮用钛基复合材料的高温蠕变性能,采用低能球磨和真空热压烧结技术制备了TA15合金以及具有网状结构的TiB/TA15和TiB/(TA15-Si)复合材料。结果表明,引入TiB和Si可使合金600 ℃稳态蠕变率降低1个数量级。Si在700 ℃时可保持有益效果,而TiB的积极作用则由于其附近的孔隙和界面脱粘而减弱。烧结态TiB/(TA15-Si)复合材料的蠕变变形由位错攀移主导,600 ℃时的高蠕变抗力主要归因于晶界α相的消除、 TiB晶须的载荷传递以及硅化物对位错运动的阻碍,其在700 ℃时的低稳态蠕变速率主要来源于晶界α相的消除以及更多硅化物和α2的动态析出。
  • 常 鸿,罗振亚,石雪茹,曹鑫鑫,梁叔全
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3358-3371.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66613-6
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    设计了一种采用氟化石墨纳米片涂层改性的高稳定锌金属负极。涂层具有多孔结构,阻止锌离子横向传质,并抑制枝晶生长;氟原子的高电负性形成近乎超疏水的固液界面,减少溶剂水与锌基体之间的相互作用,抑制析氢腐蚀和其他副反应。涂层负极表现出优异的循环稳定性,对称电池在电流密度5 mA/cm2条件下稳定循环超过1400 h;使用NH4V4O10正极的全电池在循环1000次后容量保持率为92.2%。
  • 隋欣梦,翁奕涛,卢 健,张 林,张维平
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3368-3382.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66886-5
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    激光比能量对复合涂层的质量有重要影响。采用激光熔覆技术在TC21合金表面制备Ti-Al/WC涂层,激光比能量为66.7~133.3 J/mm2。结果表明,复合涂层主要由Ti2AlC、α2-Ti3Al、γ-TiAl、TiC和W相组成。随着比能量的增大,Ti2AlC、α2-Ti3Al和TiC衍射峰的相对强度逐渐升高。当比能量为116.7 J/mm2时,Ti-Al/WC涂层合金的最大显微硬度为HV0.2 766.3,与TC21合金相比硬度提高了1.96倍,最小磨损率大幅降低。通过(α2+γ)基体的细晶强化以及自润滑Ti2AlC与TiC相交织形成的弥散强化,摩擦学性能得到显著提升。该研究为高性能Ti-Al复合涂层的发展提供有价值的参考。
  • 董中林,姜 涛,徐 斌,李 骞,杨永斌
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3372-3385.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66614-8
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    系统研究了硫代硫酸盐溶液中的金在强碱阴离子交换树脂上的吸附行为和机理。对金的吸附能力和选择性对比实验表明,具有I型季铵官能团的凝胶型Amberlite IRA-400树脂具有更好的吸附性能。树脂用量、氨浓度和溶液pH的增加有利于金的吸附,而二价铜离子和硫代硫酸盐浓度的增加不利于金的吸附。微观表征结果表明,金是通过与树脂官能团上的反离子Cl交换,以[Au(S2O3)2]3配合物阴离子的形式被吸附。密度泛函理论计算结果表明,树脂对金的吸附主要依靠[Au(S2O3)2]3–中的O原子与树脂的季铵基官能团上的H原子之间形成的氢键和范德华力来实现。
  • 黄云磊,Vyacheslav TROFIMOV,刘 峰,严 明,詹 杰,李会霞,曾 达,杨永强,宋长辉
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3383-3401.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66887-7
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    对激光粉末床熔融制备Zr-2.5Nb合金的激光功率与扫描速度等工艺参数进行优化,并研究不同激光功率下成形的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,获得了相对密度超过99%、极限抗拉强度980 MPa、断裂伸长率14.18%的样品。当扫描速度为1400 mm/s,激光功率从120 W增加至180 W,Zr-2.5Nb合金的微观结构主要发生α′马氏体粗化和针状α′马氏体转变为锯齿状这两个变化过程 (β→α′/α→α+β),材料致密化和α′马氏体组织转变对材料的延展性和耐腐蚀性能具有积极影响,但在低功率或高功率下,样品中的未熔颗粒和孔隙降低了材料的延展性和耐腐蚀性能,同时β相数量和尺寸的增加会促进位错运动,导致抗拉强度降低。不同激光功率下制备的样品电化学过程中均会自发形成钝化膜,在160 W激光功率下制备的Zr-2.5Nb合金具有最优的耐腐蚀性能。
  • 孟凡成,王永超,柴 鑫,刘亚辉,王丽娜,陈德胜
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3386-3399.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66615-X
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过热力学模拟,设计了基于调节正钒酸钠溶液的碳酸化以分步沉淀偏钒酸铵和碳酸氢钠的新工艺。首先,利用Bromley-Zemaitis活度系数模型建立含钒酸盐和碳酸盐的水溶液中V(V)的化学形态新模型。然后,进行常压或高压碳酸化过程的热力学平衡计算,以揭示钒、碳、钠和杂质的行为。为了保证钒产品的纯度和收率,正钒酸钠溶液先碳酸化至pH值为9.3~9.4,然后加入碳酸铵得到偏钒酸铵沉淀。沉钒后溶液深度碳酸化至最终pH值为7.3~7.5,以沉淀碳酸氢钠,剩余溶液返回用于溶解正钒酸钠晶体。最后,验证实验表明,溶液中99.1%的钒和91.4%的钠分别以偏钒酸铵和碳酸氢钠的形式得到回收。
  • 杜开发,李闻淼,汪沛霖,郭 磊,陈 迪,马永松,余 锐,尹华意,汪的华
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3400-3411.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66616-1
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    采用多种分析技术,包括线性扫描伏安法、X射线衍射、扫描电镜和能量色散光谱,研究CaTiO3缓蚀剂在熔融盐体系中的缓蚀功效。当炭素阳极在添加CaTiO3缓蚀剂的CaCl2-CaO电解体系中使用时,表面发生钝化并且生成一层致密的CaTiO3氧化膜。钝化炭素电极发生析氧反应,最佳钝化电流密度为400 mA/cm2。通过CaTiO3在CaCl2-CaO体系中的溶解度实验及阴离子配合能力模拟计算发现,CaTiO3缓蚀剂的钝化机理为“配合溶解-沉淀”,该过程中CaTiO3与CaO结合形成TiO2·nCaO配合物,随后配合物在炭素阳极表面形成CaTiO3氧化膜。实际应用中可利用炭素阳极和CaTiO3缓蚀剂实现无碳污染FeCoNiCrMn高熵合金的成功制备。
  • 高秋志,王俊儒,张旭明,马庆爽,李松林,李会军,朱洪涛
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3402-3413.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66888-9
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    为了阐明Co基高温合金中χ相的析出机制,对Co-Ti-Mo高温合金进行时效处理,并通过X射线衍 射、扫描电镜和透射电镜研究其微观结构演变规律。结果表面,针状χ相主要由D019-Co3(Ti,Mo)组成,而D019-Co3(Ti,Mo)是由Ll2-γ′相转变而来,两者具有一定的取向关系。χ相通过γ′相的剪切形核,堆垛层错是L12结构转变为D019结构的主要诱因。L12和D019的晶体取向关系可确定为{111}L12//{0001}D019,á112?L12//á1 00? D019。D019相的生长取决于Ti和Mo元素的扩散,析出会消耗大量元素,导致在D019-χ相周围出现γ′相耗尽区。Ni的加入可改善L12-γ′相的稳定性并提高Co基高温合金的力学性能。
  • 吴玉俊,薛生国,刘丽坪,李 峰,Graeme J. MILLAR,葛 飞,田 江
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3412-3424.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66617-3
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    提出一种通过控制脱硫石膏中钙的释放行为来去除赤泥游离碱和稳定结合碱的新方法。结果表明,利用FeCl3结合EDTA活化脱硫石膏(钙离子活化剂)能够有效降低赤泥碱性(pH值稳定在7.20),显著提高钙离子交换容量饱和度,进而增加Ca对可交换阳离子总量的贡献(68%~92%)。交换性钙从改性脱硫石膏中缓慢释放后,使碱性矿物发生相转变。该方法通过降低赤泥整体酸中和能力抑制pH回升,最终稳定赤泥碱性调控效果,为脱硫石膏在赤泥碱性调控中的高效应用提供科学指导。
  • 滕新颜,陈国庆,张 戈,向 阳,冷雪松
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3414-3427.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66889-0
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    锆和镍之间的冶金相容性差,导致焊缝脆性高,在电子束焊接过程中热应力影响下产生焊缝开裂。通过电子束扫描及偏束焊接,实现焊缝中初生Ni5Zr树枝晶形貌从块状向片层状转变,形成超细共晶-枝晶复合结构。该结构具有的优异强韧性协同效应显著提高焊接接头的抗拉强度和塑性。结果表明,焊缝中裂纹得到有效抑制,锆/镍接头的力学性能显著提升,抗拉强度从36.4 MPa提高到189 MPa。此研究不仅在提升锆/镍焊接接头强度和韧性方面具有价值,也为相似的异种金属焊接提供参考。
  • 刘崇阳,蒋小松,孙红亮,武子轩,杨 刘
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3428-3442.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66890-7
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    通过机械球磨和真空热压烧结(VHPS)成功制备具有新型核壳结构的SiC@CoCrFeMnNi高熵合金(HEA)基复合材料(SiC@HEA)。烧结后SiC@HEA基复合材料的微观结构由FCC固溶体、Cr23C6碳化相和Mn2SiO4氧硅相组成。含有1.0%(质量分数)SiC的SiC@HEA复合材料的密度和硬度分别为98.5%和HV 358.0,抗拉强度为712.3 MPa,伸长率为36.2%。核壳结构对裂纹具有显著的偏转作用,这种效应使复合材料有效地保持基体的优异塑性。结果表明,SiC@HEA复合材料的核壳结构通过多种机制获得优异的强度和塑性。
  • 周 任,王 李,钟 涛,李 帅,高东强,吴富英,张刘挺
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3443-3454.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66891-9
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    为了改善氢化镁(MgH2)在固态储氢中热力学稳定、动力学迟缓的问题,采用自组装方法原位合成了MIL-100(Fe)修饰的TiO2纳米片(NS)。制备的TiO2 NS@MIL-100(Fe)对MgH2具有优异的催化效果。MgH2+ 7%TiO2 (质量分数) NS@MIL-100(Fe)复合材料在200 ℃条件下开始释放氢气,与纯MgH2相比,初始放氢温度降低150 ℃。此外,改性后的MgH2在235 ℃下20 min内可释放4%(质量分数)的H2,脱氢活化能降低到70.62 kJ/mol。在100 ℃和3 MPa条件下,MgH2+7%TiO2 NS@MIL-100(Fe)在10 min内吸收5%(质量分数)的H2。经过50次循环后,复合材料仍能保持6.62%(质量分数)的可逆容量。TiO2 NS@MIL-100(Fe)中氧空位和多价钛的协同效应是MgH2动力学和热力学性能提高的关键因素。
  • 李 骕,汤 艺,林 杭
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3455-3467.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66892-0
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    结合有限差分法(FDM)和k均值聚类算法,提出了一种用于确定岩桥生成阈值的方法。基于FDM构建了具备不同节理贯通率(k)的节理边坡模型。采用k均值算法对岩桥区域进行划分,并采用误差平方和(SSE)和肘部法则确定最优簇数。通过欧拉距离比较了以最大主应力值和应力变化率为聚类指标对岩桥聚类结果的影响。结果表明,以应力变化率作为聚类指标更为准确有效。当节理贯通率小于0.6时,相邻节理的中间区域不存在明显应力集中,即无岩桥形成。此外,岩桥范围受节理贯通率、节理相对位置和弱夹层参数的影响。
  • 张洪亮,饶 鑫,张晨阳,陈建华,朱阳戈,王 嵘,孙 伟
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3468-3479.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66893-2
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    通过DFT计算评估常见金属离子的离子配位亲和性。结果表明,金属离子的最低空轨道(LUMO)能量与其与O(S)配体的结合能呈正相关,一些不同价态的金属离子也表现出不同的亲和性。此外,由于空间位阻效应,单配位和六配位的金属离子可能表现出不同的亲和性,并且所研究大部分六配位金属离子表现出亲氧性。这些亲和性差异为深入理解矿物活化浮选的本质提供了重要视角,其中亲氧性离子用于活化氧化矿物,而亲硫性离子用于活化硫化矿物。
  • 王正豪,陈司宇,陈 良,梁 斌,罗冬梅
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3480-3492.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66894-4
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    提出煤基直接还原钒钛磁铁矿(VTM)原矿的新方法。结果表明,在较佳的还原条件(还原温度为1140 ℃,还原时间为3 h,碳/铁摩尔比为1.2?1,预氧化温度为900 ℃)下,铁还原金属化率为97.8%。最终,通过磁选获得的铁精矿的铁含量和回收率分别为76.78% (质量分数) 和93.41%,而磁选渣的钛品位和回收率分别为9.36% (质量分数) 和87.07%,钛损失率仅为12.93%。新方法能避免VTM原矿的选矿过程,有效减少铁精矿中钛的含量,提高有价金属的综合利用率。
  • 汪增武,高金涛,兰 茜,郭占成
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3493-3506.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66895-6
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    二次铝渣(SAD)是原铝渣提铝过程中产生的一种副产物,含有大量被致密氧化膜包裹着的金属铝颗粒,因此难以用传统方法高效回收金属铝。采用球磨破坏和改变氧化膜的结构。结果表明,球磨使氧化膜变薄并剥离,从而暴露出铝表面。根据对球磨后SAD颗粒结构随温度变化的原位观察结果,在680 ℃下通过超重力强化分离法从SAD中高效回收金属铝液,分离出的铝相中铝的回收率和质量分数分别达95.72%和99.10%。此外,尾渣后续经脱氮、脱氯和固氟等无害化处理后,可在耐火材料、水泥和陶瓷等领域实现资源利用。
  • 刘 浪,何季麟,雷现军,罗 欢,查国正,戢如意,蒋文龙,杨 斌,徐宝强
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3507-3519.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66896-8
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    研究了PbTe颗粒在硒熔体中的侵蚀过程,并对该过程的动力学进行了分析。结果表明,在较低温度(573、583和593 K)下,PbTe颗粒的侵蚀过程主要受产物层扩散和界面化学反应控制,在较高温(603和613 K)下则受边界层扩散控制。随着产物层的加厚,硒、碲原子在产物层中的扩散变得不平衡,导致产生柯肯达尔孔洞,加速PbTe颗粒的侵蚀过程。硒熔体中的杂质PbTe演变成PbSe和Te后,由于硒、碲同族相溶性,碲均匀分布在硒熔体中。该研究阐明了杂质PbTe在硒熔体中的演化行为以及导致碲常赋存于硒中的原因。
  • 吴业惠子,周康根,彭长宏,易 葵,邓景焜,邱在容,陈 伟,张可菁
    中国有色金属学报(英文版). 2024, 34(10): 3520-3532.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(25)66897-X
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    提出了一种可持续地从含铝/氟的废LiFePO4/C粉中回收电池级磷酸铁和碳酸锂的方法,主要包括酸浸、氟化配位沉淀、均相沉淀和高温沉淀。在优化条件下,锂、铁、磷、铝和氟的浸出率分别为97.6%、97.1%、97.1%、72.5%和63.3%。系统研究了不同影响因素对脱除Al/F杂质的影响。结果显示,浸出液中99.4%的铝和96.4%的氟以Na3Li3Al2F12的形式析出,滤液中两者的浓度分别为0.0124 g/L和0.328 g/L,所得低铝滤液可直接制备出纯度为99.68%的电池级磷酸铁。铝/氟沉淀渣中的锂可通过CaCO3-CaSO4焙烧结合酸浸工艺有效提取,最终获得了纯度为99.87%的Li2CO3。锂和铁的回收率分别为96.88%和92.85%。经济效益评估表明该工艺是可盈利的。