镍基高温合金真空熔炼过程中镁挥发的动力学

真空电弧重熔镍基高温合金GH220,自耗电极端部熔化区“突出环”内部的镁分布基本均匀;而熔化液层及液固两相区的镁分布不均匀,从熔化液层表面到原始电极区镁含量显著增高。熔化液层中距表面约0.3毫米内的镁含量[Mg]s和重熔锭镁含量[Mg]i均与电极原始镁含量[Mg]e呈直线关系,本试验条件下,[Mg]s=0.18[Mg]e;[Mg]i=0.30[Mg]e。重熔过程的镁挥发主要发生于电极端部熔滴形成阶段,挥发过程主要受控于镁由原始电极向熔化液层—气相界面迁移的速度,传质系数K_(12)=0.107厘米·秒~(-1)。 真空感应熔炼GH220,镁挥发受液相边界层中扩散与界面挥发反应的混合控制,并非受控于气相边界层中镁的扩散。在试验条件下,液相边界层中镁的扩散与界面挥发反应总传质系数K_(23)=10~(-1)～10~(-2)厘米·秒~(-1),而气相边界层中镁扩散的传质系数K_4=47.17厘米·秒~(-1)。根据(d[Mg])/dτ=-K_(23)·(?)及K_(23)与工艺参数的关系,建立了镁挥发的数学模型,即[Mg]e与镁加入量、挥发温度、气相压力、保持时间、合金液面面积、熔体体积之间的定量关系式。此模型在实验室和生产条件下均得到了很好的验证,可用于调整真空感应熔炼的工艺参数,实现有效地控制合金镁含量。     

钢液真空处理过程中Mn挥发动力学研究

Mn作为提高钢材强度的主要元素之一,在钢液真空处理过程中的挥发会对钢材成分及质量控制产生不利影响,因此,明确钢液中Mn的挥发机理,并据此精确调控钢液中Mn含量,对于保证钢材质量显得尤为重要。本研究针对X80管线钢的真空精炼处理过程,分析了气相压强和熔炼温度对钢液中Mn挥发行为的影响。结果表明：随着熔炼温度的升高和气相压强的降低,钢液中Mn挥发速率明显加快;在熔炼温度1 903 K、气相压强19 Pa、处理时间40 min条件下,Mn挥发率高达92.26%。在熔炼温度1 823～1 973 K、气相压强19～670 Pa条件下,Mn挥发遵循一级反应规律,其表观挥发速率常数在(0.41～26.56)×10^-5 m/s范围内;在气相压强19～670 Pa、熔炼温度1 903 K的条件下,Mn挥发主要受气相传质的限制;在气相压强226 Pa、熔炼温度1 823～1 973 K的条件下,Mn挥发的表观活化能达到120.20 kJ/mol,限制性环节为气-液界面反应;本研究条件下,液相传质对Mn挥发速率的影响较小。     

真空感应熔炼过程中微量Bi的挥发

研究表明，实验条件下向钢液中加入纯铋时铋的收得率为７．５４％。钢液中铋的军发过程受液／气界面的挥发反应及液相边界层中的扩散混合控制，共传质系数Ｋ２３在１０＾－２ｃｍ／ｓ数量级；实验得出了Ｋ２３值及钢液中铋浓度的经验计算公式；还探讨了熔渣覆盖对钢液中的铋挥发的影响。     

钢中残余元素在连铸坯和热轧板中的富集行为

通过扫描电镜和X射线能谱分析仪(X-EDS)分析,对低合金钢种连铸板坯和热轧板中Cu、As和Sn的富集行为进行了研究.实验结果表明:连铸坯中氧化层和氧化层/基体层界面存在Cu、As和Sn元素同时富集现象;热轧板氧化层/基体层界面存在Cu、As和Sn元素富集相,基体层中Cu、As和Sn含量高于氧化层;热轧板晶界处Cu、As和Sn含量明显高于热轧板晶内;Cu、As和Sn在γ晶界偏聚和Fe的优先氧化造成连铸坯中Cu、As和Sn富集,加热炉的二次加热加剧Cu、As和Sn的富集程度,引起Cu、As和Sn向钢材基体渗透扩散,使钢的塑性恶化,导致中板大量表面微裂纹缺陷.分析了Cu、As和Sn富集相对表面微裂纹的影响机理.     

含银铅锑多元合金真空蒸馏的元素挥发行为

以富集银为目的,采用真空蒸馏法研究含银铅锑多元合金在中真空(5~25 Pa)的条件下蒸馏过程中各元素的挥发行为,考察蒸馏温度、蒸馏时间对各元素脱除率的影响。实验结果表明:在系统压力为5~25 Pa,蒸馏温度为950℃,蒸馏时间≥45 min的条件下,Pb和Bi脱除率接近100%;As和Sb的挥发较为彻底,其脱除率分别达到96.3%和92.5%以上,而Ag和Cu基本不挥发。残留物的XRD分析结果表明,残留物中Cu与Sb形成化合物Cu2Sb及Cu10Sb3,Ag与Sb生成Ag3Sb,As与Cu生成Cu5As2,使得Sb和As的挥发不够彻底。真空蒸馏法提供一种含银铅锑多元合金中Ag与贱金属分离的方法,使Ag能得到有效富集。     

NiCrAlY涂层/TC4基体界面反应机理

采用电弧离子镀技术在TC4(Ti6Al4V)合金基体表面沉积制备NiCrAlY涂层.通过扫描电镜与能谱分析、X射线衍射分析及显微硬度测试,研究真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响;分析界面反应产物的形成过程;讨论Cr元素在界面反应中的作用机制.研究结果表明:真空热处理后NiCrAlY涂层中有γ'-Ni3Al相析出,提高了涂层的表面硬度;在870℃以下热处理,NiCrAlY涂层/TC4基体界面反应产物的出现顺序依次为:相变影响区→Ni3(Al,Ti)和Ti2Ni化合物层→TiNi化合层;Cr元素在870℃以上开始扩散并参与界面反应,形成TiCr2化合物.     

液-液流动边界层传质系数的实验研究

为了研究冶金反应器内渣-金界面的传质,设计了研究液-液流动边界层传质实验.实验在保证油-水界面稳定的情况下,研究了苯甲酸钠示踪物质在油-水界面的传质现象.通过改变水流量Q(0.44~1.60m3/h),利用电导率仪测量苯甲酸钠示踪物质在水中的浓度变化,实验确定了液-液界面流动边界层传质系数的准数方程式,并尝试性地给出了液体黏度以及表面张力与传质系数之间的准数关系式.实验结果与液体流过平板边界层的传质过程作了比较讨论.     

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying, VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1 100 ℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）、能谱仪（energy dispersive spectrometer,EDS）等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。     

Au-Sn焊点异质界面的耦合反应及其对力学性能的影响

为了探讨Au-Sn异质焊点耦合界面反应对界面IMC层生长行为及焊点力学性能的影响,采用回流焊技术制备Ni/AuSn/Ni和Cu/AuSn/Ni三明治结构焊点,通过扫描电子显微镜(SEM)与能谱分析(EDS)研究焊点在钎焊与老化退火中的组织演变。研究结果表明:在钎焊中Ni-Ni焊点的Au Sn/Ni界面形成(Ni,Au)_3Sn_2金属间化合物(IMC)层,而Cu-Ni焊点的AuSn/Ni界面形成(Ni,Au,Cu)_3Sn_2四元IMC层,表明钎焊过程中上界面的Cu原子穿过Au Sn焊料到达Ni界面参与耦合反应。在老化退火中,界面IMC层的厚度l随退火时间t延长而逐渐增大,其生长规律符合扩散控制机制的关系式:l=k(t/t_0)~n。在160℃和200℃退火时,(Ni,Au)_3Sn_2层的生长以晶界扩散和体积扩散为主。由于Cu原子的耦合作用,(Ni,Au,Cu)_3Sn_2层的生长以反应扩散为主。Cu-Ni异质界面焊点中,Cu的耦合作用抑制了Au Sn/Ni界面(Ni,Au,Cu)_3Sn_2IMC层的生长,减缓了焊点剪切强度的下降速度,有利于提高焊点的可靠性。     

超低氧条件下钢液脱氧与氧化物夹杂尺寸

研究真空感应熔炼过程中因炉衬材料热分解造成的脱氧元素烧损及其全氧含量的变化规律。在此基础上，探讨脱氧元素过饱和度对脱氧产物尺寸分布规律的影响，以及超低氧钢全氧含量与氧化物夹杂数量和尺寸的关系。结果表明，在真空感应熔炼条件下，残留在钢中的氧化物夹杂数量随脱氧元素铝烧损量增加而增加．熔炼超低氧钢的关键是避免炉衬热分解；脱氧产物尺寸随脱氧元素过饱和度增加而增加；超低氧铜的大颗粒夹杂主要来自炉衬材料。     

含锰钢液在真空有渣精炼过程中的锰蒸发和脱氮行为研究

Considering the precise composition control on the vacuum refining of high-Mn steel, the behaviors of both Mn evaporation and nitrogen removal from molten Mn steel were investigated via vacuum slag refining in a vacuum induction furnace. It was found that the reaction interfaces of denitrification and Mn evaporation tend to migrate from the surface of slag layer to the surface of molten steel with the gradual exposure of molten steel during the vacuum slag refining process. Significantly, compared with the experimental group without slag addition, the addition of slag into steel can result in a lower Mn evaporation rate constant of 0.0192 cm·min?1 at 370 Pa, while the denitrification rate is almost not affected. Besides, the slag has a stronger inhibitory effect on Mn evaporation than the reduced vacuum pressure. Moreover, the inhibitory effect of the slag layer on Mn evaporation can be weakened with the increase of the initial Mn content in molten steel. The slag layer can work as an inhibitory layer to reduce the Mn evaporation from molten steel, the evaporation reaction of Mn mainly proceeds on the surface of the molten steel. This may be attributed to the Mn mass transfer coefficient for one of reaction at steel/slag interface, mass transfer in molten slag, and evaporation reaction at slag/gas interface is lower than that of evaporation reaction at steel/gas interface. The introduction of slag is proposed for both denitrification and manganese control during the vacuum refining process of Mn steels.     

紧耦合真空气雾化制备Fe-Cr合金粉末的特性表征

采用紧耦合真空气雾化法制备Fe-Cr合金粉末,通过不同目数的筛网进行筛分,得到0～25μm、25～53μm、53～105μm、105～150μm四个粒度段的粉末.使用氧氮分析仪、碳硫分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪分析雾化前后粉末化学成分,测定全粒度段及各粒度段的氧含量变化情况;采用扫描电镜、激光粒度仪等分析测试手段...     

电子束直接熔化技术中的粉末状态分析

在电子束直接熔化金属粉末技术中,为了避免真空室抽气瞬间的气流和电子束对金属粉末的作用力改变粉末的堆放状态,建立了金属粉末受力模型,并对金属粉末的受力进行计算和分析。理论分析与实验结果表明,在抽气口位置粉末容易被气流抽走,工作台不能与抽气口在同一水平高度。0.5mA以上的电子束束流引起的压力会推开气雾化不锈钢粉末,该现象的主要解决途径为降低电子束束流、提高粉末致密度和选用摩擦因数大的金属粉末。此外,利用电子束对金属粉末预热,提高其相互间的粘结力也是解决方法之一。     

室温下金属铝膜的霍尔效应初步研究

采用真空蒸发镀膜法制备了金属铝薄膜,在室温下,用四探针法测量了样品的电阻率和霍尔系数。结果表明,制成的金属铝膜,电阻率由块体材料的10^-8Ω·m 增大到薄膜样品的10^-5Ω·m;霍尔系数由块体材料的10^-11m³/C数量级左右增大到10^-4m³/C数量级;电阻率和霍尔系数随着金属铝膜厚度的减小而逐渐增大。     

低真空对电渣重熔工艺和铸锭质量的影响

脱氧和夹杂物控制是电渣重熔钢锭质量提升的关键.分别在氩气保护的常压和低真空(10 kPa)条件下重熔H13电极,结合热力学计算,分析了低真空对电渣重熔工艺过程和铸锭质量的影响.结果表明,相比常压,低真空条件下渣池含气率升高,熔速波动更剧烈,所得电渣锭表面质量较差.常压和低真空条件制得电渣锭中总w_O分别为24×10^-6和18×10^-6,碳脱氧反应随压力降低而加强,并逐渐取代铝脱氧.相比Al-O平衡,10 kPa条件下与电极中w_C平衡的溶解w_O更低,因而能够进一步降低钢锭中w_O.碳脱氧产物是CO气体,不会引入新的夹杂物.常压和低真空条件制得电渣锭中夹杂物的类型没有明显区别,最大夹杂物尺寸从14.9μm分别减小到10.5μm和8.3μm,等效直径小于3μm的夹杂物检出比分别为63.85%和75.91%.低真空条件能够进一步细化夹杂物,提高钢锭洁净度.     

增氮析氮法生成气泡去除钢液中显微非金属夹杂物

为了进一步完善增氮析氮法生成气泡去除钢液中显微非金属夹杂物技术，研究了真空处理时间、充氮压力、气体类型等因素对钢中全氧和显微非金属夹杂物的影响.结果表明：减压处理过程中，钢液中非金属夹杂物可为过饱和气体氮气形成气泡提供非均相形核核心；增氮析氮法可有效地降低钢中全氧，去除钢中显微非金属夹杂物；真空处理时间越长，钢中全氧和显微非金属夹杂物数量越低，当真空处理时间为30 min时钢中全氧去除率达到了81.6%，而且全氧质量分数最低达到7×10-6.     

CuPc/CuPc:C_(60)/Alq/Al结构的有机太阳能电池

制备了一种ITO/CuPc/CuPc∶C60/Alq/Al结构的PIN有机太阳能电池,采用Cu-phthalocyanine(CuPc)和fullerene(C60)的共混层作为光吸收层,CuPc和Alq作为空穴传输层和电子传输层.利用真空蒸发镀膜法制备各层有机薄膜,并用I-V曲线和紫外可见吸收光谱来表征器件性能.研究了器件的光吸收层、电子传输层、空穴传输层的膜厚参数对器件性能的影响.结果表明,当器件光吸收层、电子传输层、空穴传输层的厚度分别为15,30,40 nm时,器件的性能达到最优化.优化器件的短路电流密度JSC为2.07 mA.cm-2,开路电压VOC为0.56 V,填充因子FF为0.46,器件的能量转换效率达到0.53%.     

Microstructure and properties of pure iron/copper composite cladding layers on carbon steel

In the present study, pure iron/copper composite metal cladding was deposited onto carbon steel by tungsten inert gas welding. The study focused on interfacial morphological, microstructural, and mechanical analyses of the composite cladding layers. Iron liquid–solid-phase zones were formed at copper/steel and iron interfaces because of the melting of the steel substrate and iron. Iron concentrated in the copper cladding layer was observed to exhibit belt, globule, and dendrite morphologies. The appearance of iron-rich globules indicated the occurrence of liquid phase separation (LPS) prior to solidification, and iron-rich dendrites crystallized without the occurrence of LPS. The maximum microhardness of the iron/steel interface was lower than that of the copper/steel interface because of the diffusion of elemental carbon. All samples fractured in the cladding layers. Because of a relatively lower strength of the copper layer, a short plateau region appeared when shear movement was from copper to iron.     

普通热轧钢板环境性能的评价研究

从LCA角度对普通热轧钢板的环境协调性能进行了分析和评价。考虑到普通热轧钢板在使用过程,特别是焊接时,其低熔点有害杂质元素挥发对人和环境可能造成的不利影响后,提出了一个衡量普通热轧钢板环境性能的物理指标:低熔点有害元素Sn、Pb、As、Sb、Bi总含量值。对国内几个主要钢铁企业与几个主要进口国所生产的普通热轧钢板的低熔点有害元素含量进行了对比分析研究,结果表明,国内几个主要钢铁企业所生产的普通热轧钢板的环境性能平均水平并不比几个主要进口国的低。