利用超重力富集和分离Sn-3％Fe熔体中的杂质元素铁

在粗锡精炼过程中引入超重力场,运用超重力技术研究Sn-3％Fe(质量分数)熔体中杂质元素铁在超重力场中的定向富集和过滤分离的规律,达到提纯净化粗锡的目的.结果表明,对于超重力场G=500以10℃·min-1冷却速率凝固后的Sn-3％Fe熔体,超重力场极大强化富铁相在粗锡熔体中的沉降运动,使先析出富铁相全部富集到试样的下部区域,上部几乎找不到富铁相颗粒.下部尾锡中的铁质量分数达到4.817％,而上部精锡中的铁质量分数降低到0.036％,精锡中铁的脱除率高达98.78％.在超重力场中过滤的Sn-3％Fe熔体可实现富铁相杂质和精锡液的有效分离,当重力系数大于30时,精锡的回收率随重力系数的增大而提高.在超重力场G=100,240℃条件下,Sn-3％Fe熔体过滤1 min后,精锡液几乎全部被分离到坩埚底部,富铁相杂质被截留在过滤碳毡上部,下部精锡中找不到富铁相杂质的颗粒,精锡中铁质量分数降至0.253％,富铁渣中铁质量分数高达11.528％.精锡中铁的脱除率高达91.44％,超重力场中精锡的回收率高达82.69％.     

高温纯铁熔体中外加氧化铝纳米粉的研究

在工业纯铁熔体中加入纳米Al2O3颗粒,熔炼后得到铸锭试样. 用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)研究了铸锭金相试样中夹杂物的存在状态及成分. 采用非水溶液电解法分离、收集铸锭中的非金属夹杂物,用SEM及EDS分析了夹杂物的形貌、大小和元素组成. 结果表明,外加的纳米Al2O3颗粒能够在纯铁熔体中稳定存在,并与杂质元素所生成的夹杂物发生复合,复合夹杂物的尺寸为5～10 μm. 纳米Al2O3颗粒一般存在于复合夹杂物的内部. 未发现纳米Al2O3团聚烧结成大于10 μm颗粒的现象. 从热力学和颗粒运动行为方面进一步分析了纳米Al2O3在纯铁熔体中的稳定性和团聚烧结成大颗粒的可能性.     

高频磁场下铝合金中非金属夹杂物电磁分离研究

在高频磁场作用下，利用金属与夹杂物之间电导率差产生的电磁排斥力去除非金属夹杂物，实验材料为Al-10％Al2O3、Al-10％SiC及Al-24％Si，将含有杂质的合金置于不同管径的分离器中，开启高频电源，调整输出功率，利用高频磁场将其熔化，并进一步实现非金属夹杂物的分离，分析了不同管径、颗粒尺寸、磁感应强度、作用时间等条件下的分离效果，结果发现球形Al2O3和SiC颗粒较针状初生硅的分离效果好一些，较高的磁感应强度和小的管径对夹杂物的分离有利。     

以超重力熔铸新技术制备Al2O3陶瓷材料

通过对燃烧合成技术与超重力技术的集成,发展了一种完全不同于粉末烧结技术的Al2O3陶瓷的非平衡制备新技术;首先通过超重力场中的燃烧合成反应产生了由陶瓷-金属熔体组成的超高温混合熔体,随后在超重力场中利用金属、陶瓷、气孔三相的密度差实现其快速、彻底的分离.在超重力系数G≥200的超重力场中所制备的陶瓷块体的相组成为单相α-Al2O3;随着超重力系数G的增加Al2O3陶瓷的密度增大,最大密度达到3.89g/cm3;所制备的多晶Al2O3陶瓷中晶粒的(hkO)晶面沿所施加的超重力场方向表现出明显的织构化特征.     

电磁分离技术制备过共晶Al-Si合金自生功能梯度材料

由于初生相与熔体的导电性差异，在通电熔体及外磁场作用下，初生相颗粒在熔体内受到某一方向的合力，从而在熔体中做有规律的运动．因此，适当地控制铸件凝固过程及初生相颗粒的移动速度，使初生相颗粒在铸件中呈现有规律分布，可以获得自生功能梯度材料．对初生相颗粒在熔体内受力及运动情况的分析结果表明：颗粒的大小、形状及浓度对颗粒的运动状态及速度都有很大的影响．用电磁分离技术成功制备了过共晶A1-25Si功能梯度材料试样，从试样一端到另一端初生Si颗粒的含量、尺寸和形状均呈现梯度的变化．     

以超重力熔铸新技术制备Al2O3陶瓷材料

通过对燃烧合成技术与超重力技术的集成,发展了一种完全不同于粉末烧结技术的Al2O3陶瓷的非平衡制备新技术;首先通过超重力场中的燃烧合成反应产生了由陶瓷-金属熔体组成的超高温混合熔体,随后在超重力场中利用金属、陶瓷、气孔三相的密度差实现其快速、彻底的分离．在超重力系数G≥200的超重力场中所制备的陶瓷块体的相组成为单相α—Al2O3;随着超重力系数G的增加Al2O3陶瓷的密度增大,最大密度达到3．89g／cm3;所制备的多晶Al2O3陶瓷中晶粒的（hkO）晶面沿所施加的超重力场方向表现出明显的织构化特征．     

夹杂物对超高强度钢应力应变场的影响

非金属夹杂物对钢性能的影响与夹杂物的特征参数密切相关.首先分析拉伸和疲劳载荷下超高强度钢中TiN夹杂物导致裂纹萌生的扫描电镜原位观察结果,采用MSC Marc有限元分析软件对夹杂物及周围基体的应力场进行计算,然后对拉伸载荷下不同特征参数的TiN夹杂物及周围基体的应力应变场进行模拟.结果表明,有限元法能够解释并预测夹杂物及周围基体的力学行为.三角形夹杂物尖角附近的应力集中最严重.矩形夹杂物内部高应力区的位置受夹杂物与外载荷方向夹角的影响.随邻近夹杂物间距的增大,基体内的最大应力由夹杂物外侧移至夹杂物之间.近表面夹杂物使得基体自由表面附近出现高应力区,基体内最大应力的位置受夹杂物与自由表面距离和尺寸的影响.     

地面分离结晶过程中熔体内部的流动特征

为掌握地面条件下分离结晶过程中熔体内部的流动规律,采用有限差分法对分离结晶生长CdZnTe晶体熔体内热毛细-浮力对流作了三维数值模拟,在计算过程中熔体无量纲高度H取1,无量纲气缝宽度B分别取0.100,0.075,0.050和0.025.结果表明:当Marangoni数较小时,熔体流动呈较弱的稳态流动;随着Marangoni数增加,熔体内部流动逐渐增强,温度梯度逐渐加大;当Marangoni数超过临界值,流动转变成非稳态流动,熔体内部流场和温度场出现振荡;随着气缝宽度减小临界Marangoni数增大.     

结晶器内钢液流速对IF钢宽板坯表层夹杂物分布的影响

对BOF-RH-CC生产Ti-IF钢宽板坯的表层夹杂物进行研究.采用非水溶液电解法从钢中分离夹杂物,并用SEM/EDS分别对其形貌和成分进行检测,获得典型夹杂物的分布规律.通过测定钢坯不同部位的枝晶偏角,计算结晶器中钢液的流速,并用软件进行模拟比较.结果表明,实际最大流速为模拟结果的1.93倍,边缘部位钢液流速与模拟的结果基本符合;随着钢液流速的下降,铸坯表层夹杂 物平均直径增大了 9.5%.     

钢中大型非金属夹杂的分析工艺及设备研制

钢锭和连铸坯中的夹杂物,尤其是这些产品中大于50μm的大颗粒夹杂,虽然含量占整个夹杂总量1％(体积分数),但对成品材的危害最为严重,它直接影响成材率和产品性能。 大样电解是用于分析钢中大于50μm的非金属氧化物夹杂的一种重要方法。它的特点是:(1)采用的试样3～5公斤,便于捕集到大颗粒夹杂,试样代表性强。(2)采用物理方法分离夹杂物和碳化物,便于保存夹杂物的形态。(3)对夹杂物能进行定性,定量分析和粒度大小分级。这种方法适于研究钢在冶炼、浇注和凝固过程中夹杂物的行为和起源,以提供在工艺上改善钢的纯净度的方向。 它的主要技术特点是:本方法是由电解、淘洗、还原、磁选和粒度分级等步骤组成。 (1)电解试样尺寸为φ55×160mm,重3—5公斤。 (2)电解液为FeSO_4·7H_2O+FeCl_2+ZnCl_2。电解过程中具有pH值稳定的优点,电解液成本低。     

铝熔体中金属杂质颗粒在稳恒磁场中的运动状态

对稳恒磁场中的金属杂质颗粒进行了受力分析,建立了杂质颗粒的运动模型,经过理论计算确定了它们在磁场力的作用下,处于不同流场内的最终运动速度·根据铝熔体的不同的流动状态,分别采用柱塞流模型和轨线模型计算得出了磁场力对杂质颗粒的分离效率·计算结果表明,杂质的运动速度与分离效率和自身的体积、流体的流动状态、杂质颗粒的磁化率、磁场强度及分离通道的宽度密切相关·在相同的熔体流动速度下,杂质颗粒越大,分离效率越高;降低流体的流动速度有利于提高分离效率·     

TiB2和Al3Ti对近共晶Al?12.6Si合金组织、力学性能和断裂行为的影响

A near eutectic Al?12.6Si alloy was developed with 0.0wt%, 2.0wt%, 4.0wt%, and 6.0wt% Al?5Ti?1B master alloy. The microstructural morphology, hardness, tensile strength, elongation, and fracture behaviour of the alloys were studied. The unmodified Al?12.6Si alloy has an irregular needle and plate-like eutectic silicon (E_Si) and coarse polygonal primary silicon (P_Si) particles in the matrix-like α-Al phase. The P_Si, E_Si, and α-Al morphology and volume fraction were changed due to the addition of the Al?5Ti?1B master alloy. The hardness, UTS, and elongation improved due to the microstructural modification. Nano-sized in-situ Al₃Ti particles and ex-situ TiB₂ particles caused the microstructural modification. The fracture images of the developed alloys exhibit a ductile and brittle mode of fracture at the same time. The Al?5Ti?1B modified alloys have a more ductile mode of fracture and more dimples compared to the unmodified alloy.     

多层喷射沉积过共晶Al-Si-Cu-Mg合金的微观组织及力学性能

多层喷射沉积技术具有冷速快、工艺简单、氧化程度低、制备的材料组织细小且分布均匀等特点．而使高硅铝合金充分发挥实用价值的关键是细化初晶硅．作者用多层喷射沉积技术制备了过共晶Al-Si-Cu-Mg合金,并与传统的铸态冶金制备的相同化学成分的合金进行了比较．对合金的沉积坯、热挤压处理后的微观组织进行了观察与分析．结果表明,多层喷射沉积合金的初晶硅大小只有25μm左右．并对合金的拉伸性能、扫描断口进行了测试与观察,提出了合金的强化与断裂机制．     

铝熔体中非金属夹杂物电磁分离效率研究

分析比较了电磁分离非金属夹杂物的几种不同方法。推导了不同类型电磁场，如直流电场与稳恒磁场正交、交变磁场、交变电场等作用下夹杂物的去除速度和去除效率计算公式，并同重力沉积速度进行了对比。对圆管半径、电磁场频率等参数对去除效率的影响作了分析阐述。发现夹杂物的去除效率随着电流及其作用时间的增加而增加，但随管径增加而显著降低。就小尺寸夹杂物的分离而言，交变磁场法相对较好，因为其去除效率对颗粒尺寸的依赖性较小。     

高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液-固相关性

以液态合金的多相结构模型为基础,对电脉冲作用下高硅铝合金熔体结构变化进行了热力学分析,并研究了电脉冲作用下Al-22%Si合金凝固组织的显微硬度以及凝固相变点的变化.实验结果表明,电脉冲促进了呈"胶体"状态存在的Si粒子在Al-22%Si合金熔体中的分解,提高了熔体的均匀程度,部分消除了来自Si原料的遗传性;电脉冲孕育处理提高了Al-22%Si合金熔体的过冷能力,增加了Si粒子在基体组织中的过饱和度,提高了基体的显微硬度;Al-22%Si合金基体显微硬度值的变化显示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感.     

微重力环境及地基的高温熔体润湿特性

经典材料表面与界面的一些实验现象被重力效应覆盖,影响人们对材料本质物理特性的深入了解.因此,微重力对熔体的润湿行为和固/液界面反应的作用机理研究具有重要的意义.本文综合前人对高温熔体特别是高温锡基合金的润湿行为及与基板间的界面反应特性的研究,通过与微重力条件下相关研究及实验结果对比,总结了卫星微重力环境及地基环境下的高温熔体润湿特性,为以后的空间实验及分析提供理论参考.     

The strain ampli tude-controlled cyclic fatigue behavior of Al2O3 fiber reinforced Al–Si alloy composite at elevated temperatures

The strain amplitude-controlled fatigue characteristics of an Al–Si casting alloy and itscomposite reinforced with 17 vol% Al₂O₃ fibers (Al–Si/Al₂O₃) are studied at three different temperatures. Both the alloy and the composite showed different degrees of cyclic softening at elevated temperatures. Increasing the temperature, fatigue damage of either the alloy or the composite occurred with varying mode from brittle fracture of silicon particles to their separation from the aluminum matrix. This is explained by the different thermal expansion coefficients of silicon particles and the aluminum matrix. The reinforcement Al₂O₃ fibers in the composite showed a similar damage behavior with those silicon particles despite temperature variation