利用磁场分离铝熔体中的富铁相

原铝中含有的铁、硅杂质,主要以枝状的化合物存在·当向铝熔体中加入一定量的锰时,锰与铁、硅、铝生成金属间化合物·该类富铁金属间化合物呈较大的块状或球状颗粒,可用电磁将其分离·利用富铁相与铝熔体导电性差异,可用交变磁场将其分离出来;利用富铁相与铝熔体导磁性差异,可用稳恒磁场将其分离出来·实验结果表明,交变磁场和稳恒磁场可使铝熔体富铁相定向聚集·     

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。     

磁场对过共晶Al-Fe合金中Al3Fe相形态和分布的影响

研究了交流磁场(0.3 T)和直流强磁场(12 T)作用下Al-2.89%Fe合金中初生Al3Fe相的形态与分布的变化.结果表明,Al-2.89%Fe合金在无磁场和交流磁场下凝固时,大部分初生Al3Fe相沉积在试样下部.在交流磁场下凝固时,Al3Fe相变得细碎且向试样中心聚集,呈近金字塔状分布.在强磁场下凝固时,Al3Fe相所受磁力作用和重力作用相平衡,因而在整个试样中均匀分布,且沿着易磁化方向[121]发生定向排列.对磁场的作用机理进行了初步分析.     

利用超重力分离铝熔体中的夹杂颗粒

利用Al-17％Si-4.5％Cu熔体中密度较小的初生硅颗粒模拟金属熔体内部的夹杂物,并采用超重力场分离熔体中的夹杂颗粒,研究了不同重力系数条件下,金属熔体中夹杂物的分离规律.实验结果表明:经过超重力处理后,初生硅颗粒在试样上部区域发生明显的偏聚现象,试样内部出现无初生硅颗粒区域,且随着重力系数的增加,无初生硅颗粒的区域面积逐渐增大,说明重力系数越大,硅颗粒在试样上部区域的聚集程度越好.随着重力系数的增大,试样的净化效率逐渐升高,当重力系数(G)为500时,试样的净化率达到了84.98％.利用DPM离散相模型对超重力场下熔体内部硅颗粒的具体受力情况进行分析,并模拟研究铝熔体内部硅颗粒在不同重力场中的分离行为.数值模拟结果证明了夹杂颗粒在沿着超重力方向上的运动行为近似符合Stokes运动定律.这表明超重力场可以有效分离金属熔体中的夹杂物.     

电磁过滤Al-Si合金熔体中初生富铁相粒径的研究

经流体力学分析 ,建立了电磁过滤水平流动 Al- Si合金熔体中初生富铁相粒径的数学模型 ,并对电磁过滤器进行了设计 .结果表明 ,当初生富铁相在垂直方向运动的雷诺数 Re<1时 ,去除初生富铁相的粒径 (dp)与熔体流动速度 (u)、过滤器通道高度 ((2 h) 0 .5)成正比 ,与电磁力大小(f)、过滤器长度 (l0 .5)成反比 ;当 1≤ Re<1 0时 ,dp 与 u和 (2 h) 0 .65成正比 ,与 f和 l0 .65成反比 .该模型与实验结果吻合 ,为电磁过滤器的设计和电磁过滤 Al- Si合金熔体中初生富铁相技术工艺参数的确定提供理论依据 .     

交流磁场对Al-Fe合金凝固组织的影响

研究了交流磁场对Al-Fe合金中含铁相形态及分布的影响.近共晶Al-1.99%Fe(质量分数,下同)和亚共晶Al-0.90%Fe两种铝合金在3℃/min的冷却速率凝固过程中,施加强度为0.3 T,频率为20 Hz的交流磁场,并与未施加磁场的试样进行对比.实验结果表明,在这两种合金中,无论是先析出Al3Fe相还是先析出-αAl,施加交流磁场后,Al3Fe相均向试样的中心处富集.这是由于Al3Fe相的磁化率大于熔融铝基体的磁化率,使得Al3Fe相和铝基体相比受到指向样品轴线的更大的电磁力,从而导致其向试样中心处聚集.     

直流梯度磁场对Al合金热电势的影响

研究了Al合金的热电势在直流梯度磁场中的行为.结果发现:在直流梯度磁场作用下,Al-289%Fe合金熔体的热电势降低;关闭磁场,降低的热电势没有立刻回升,而是在保持一段时间不变后,才缓慢恢复到施加磁场前的初始值.温度越高,热电势增速越快,增量越多,回归速度也越快.这种磁效应,在不同温度、不同成分的Al合金熔体(包括纯Al)中被普遍观察到;而在固态纯Al和Al合金中尚未观察到这种效应.在均匀磁场作用下,液态Al合金的热电势也没有发生变化.根据局域理论,定性地解释了磁场对合金熔体热电势的影响.     

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％.     

电磁振荡中金属熔体颗粒聚合行为的模拟

通过模拟和实验方法,研究电磁振荡作用中金属材料中夹杂物的碰撞聚合行为。采用流场计算和湍流碰撞模型结合的模拟方法,绘制夹杂物生长曲线,研究夹杂物碰撞聚合过程。结果表明:颗粒在电磁振荡作用下发生碰撞聚合;当电流或磁场增加,硅颗粒聚合团平均尺寸增加,所含的硅颗粒数目增多。模拟结果与实验吻合较好,可用于控制非金属夹杂物颗粒聚合团生长。电磁振荡力越大,熔体流场振荡剧烈,硅颗粒碰撞概率增加,促进颗粒聚合。因此利用电磁振荡使合金中细小非金属夹杂物碰撞聚合成大尺寸颗粒,有利于熔体净化。     

电磁分离降低铝硅合金中铁含量

利用电磁分离法去除铝熔体中初生富铁相,以降低合金中铁含量,并在自制电磁分离实验装置上对A-12%S-1.1F-1.2%Mn熔体进行连续电磁分离,结果表明,经过一次电磁分离使熔体中＞10um的初生富铁相全部去除,铁含量从1．13％降低到0．67％,而处理后的合金重熔凝固后仍然形成大量初生富铁相,再次进行电磁分离处理则使铁含量进一步降低到0．41％,Fe铝熔体中扩散和富铁相的凝固特性决定需要两次以上电磁分离才能有效地降低合金中铁含量,达到了铝硅合金工业生产的需要。     

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·     

熔体流动对定向凝固铝合金的溶质分布及组织的影响

本文研究了熔体的流动对溶质分布及组织形貌所起的作用：结果表明：流动无论 对溶质的偏析和凝固组织的形貌都发生重大影响．     

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。     

强磁场对铝硅合金变质效果的影响

为解决Al-Si合金存在的Na变质重熔失效和有效时间短及P变质处理后初晶Si偏聚问题,利用施加强磁场的方法,分别对亚共晶Al-6%Si合金和共晶Al-12.6%Si合金进行Na盐变质处理,对过共晶Al-18%Si合金进行P盐变质处理.结果发现对于亚共晶Al-6%Si合金,施加强磁场的条件下重熔,Na变质没有失效;对于共晶Al-12.6%Si合金,施加强磁场延长了变质有效时间;对于过共晶Al-18%Si合金,施加强磁场使凝固组织中的初晶Si相均匀分布.强磁场有助于改善Al-Si合金的变质效果.     

旋转磁场对激光焊缝金属显微组织的影响

研究了旋转磁场对激光焊304不锈钢、Al-12Si合金焊缝金属显微组织,以及304不锈钢与Al-12Si合金连接缺陷的影响．研究结果表明：旋转磁场能有效地对激光焊熔池中液态304不锈钢、A1：12Si合金进行搅拌,抑制柱状晶的产生,细化焊缝金属晶粒．磁场的旋转速率越高,对液态的电磁搅拌作用越强,焊缝金属的晶粒越细小、Al-12Si合金共晶组织越均匀．旋转磁场能消除304不锈钢与Al-12Si合金激光焊焊缝金属中的缺陷,提高304不锈钢与Al-12Si合金焊接接头的性能．     

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．     

低频电磁场对过共晶铝硅合金组织的影响

采用低频电磁半连续铸造技术制备Al-19.2%Si合金铸锭,利用电子光学显微镜对铸锭的显微组织进行分析比较,研究了电磁场强度和频率对初生硅颗粒形貌的影响;利用测温技术对合金的凝固过程进行监测,研究低频电磁场对凝固前沿温度场的影响.实验结果表明:与普通DC铸造相比,采用低频电磁半连续铸造可以明显改变液穴中熔体的温度场,使其温度显著下降,温度分布均匀,液穴降低,初生硅颗粒得到有效细化;改变外加电磁场条件,随着电磁场强度的增加,初生硅颗粒细化;随着电磁场频率的增加初生硅颗粒逐渐变大.在本实验条件下,外加电磁场条件为15 Hz,12000At时,初生硅颗粒最为细小.