Al-Si过共晶合金中初生硅的溶解动力学

以扩散为模型,并考虑界面反应对初生相溶解过程的影响,建立了初生相在过热９熔体中的溶解动力学模型。同时以Ａｌ－１８％Ｓｉ（质量分数）合金为对象,在１１００℃过热情况下,对该模型进行了验证。结果表明;该模型基本上能反应该条件下初生硅的溶解特性。     

过共晶Al-Si合金熔体中初生硅生长特性

利用等温液淬的方法,研究了Al-18%Si过共晶合金熔体中初生硅的生长行为及机制.结果表明:重熔过程中熔体中未溶解的硅相粒子,在凝固过程中可成为初生硅生长核心,并且未熔颗粒与初生硅形状之间存在明显对应关系; 初生硅的生长机制不是惟一的,既可以以孪晶凹角(TPRE)机制生长,还可以以层状机制生长,初生硅最终形状还要取决于溶质传输等动力学环境; 随着熔体过热温度的升高,凝固组织中初生硅形状由多边形向星形及树枝状转变.     

熔体温度处理及变质对Al-20%Si合金凝固组织的影响

采用熔体温度处理(包括熔体混合及过热处理)工艺研究Al-20%Si(质量分数)合金凝固组织,并结合化学变质法进一步细化初生硅相。结果表明,当熔体经混合后过热至900℃时,初生硅的尺寸约为34μm;添加变质剂后再进行熔体混合可以使Al-20%Si中的初生硅相进一步细化,特别是在Al-10%Si和Al-30%Si中分别添加0.2%Al-5Ti-C-3Ce和0.4%Cu-10%P后,再进行熔体过热处理,合金中的初生硅呈小块状弥散分布,且尺寸在10μm以下,材料基体呈现出典型的复合材料特征。熔体温度处理与添加化学变质剂方法对初生硅相有显著的多重变质细化作用;在熔体混合时α(Al)的重新熔化和熔体化学键的重组,增大了合金液在凝固时的过冷度,使初生硅相得到细化;对混合熔体再进行过热处理时,混合熔体中的Si相发生熔断、增殖,从而使合金中初生硅相得到进一步细化。添加细化剂或变质剂会明显增强熔体温度处理对Al-Si合金中初生硅的细化效果。     

CDS制备过共晶Al-Si合金工艺参数的研究

采用液-液混合受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-20％Si(质量分数)合金,研究了混合后熔体保温处理、冷却速度对合金组织的影响.研究表明,熔体混合后未进行保温处理时,初生硅尺寸在60～100 μm,且多为五瓣星状和不规则多边形;而进行保温之后,随着保温时间的延长,初生硅的尺寸逐渐减小;保温45 min后,初生硅尺寸在30～50μm,形貌比较圆整;而随着冷却速度的增加,目标合金组织中初生硅尺寸减小,由94.6μm减小到69.65 μm,长宽比由1.78增加到4.33.     

铌在铀熔体中的溶解扩散行为

为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识,对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(–21150/T)关系;对U/Nb溶解扩散界面进行了表征。结果显示,铌溶解于铀熔体的过程中,U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb具有位向关系的片状结构;对比有/无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构,表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。     

利用旋转磁场去除铝熔体中的夹杂物颗粒

研究了旋转磁场去除液态铝合金熔体中夹杂物颗粒的效果.将铝硅过共晶合金凝固过程中析出的初生硅颗粒视为夹杂物颗粒.采用旋转磁场,研究了密度比周围铝熔体密度大的初生硅夹杂物颗粒在旋转磁场下的分布规律.利用光学显微镜和数码相机对凝固试样的宏观及微观组织进行观察.实验结果表明:旋转磁场可以有效去除液态铝合金熔体中的夹杂物颗粒,并且旋转磁场的除杂效果随着磁场频率的增大而显著增加.因此旋转磁场提供了一种高效的金属熔体净化的方法.     

转棒诱导形核对Al-25%Si合金凝固组织的影响

采用转棒诱导形核对过共晶Al-25%Si合金熔体进行处理获得半固态坯料,研究转棒转速对坯料组织的影响,并结合熔体在转棒表面的运动状态,分析转棒诱导形核细化凝固组织的机理。结果表明,转棒转速为500~600 r/min条件下,熔体能够最大程度地铺展于棒的表面,在棒表面很快获得铺展面积最大、厚度最小的熔体薄膜。在棒的激冷作用下,整体薄膜迅速获得过冷并促使其内部初生硅同时快速并大量形核,单位面积初生硅颗粒个数较铸态和其它转速条件下显著增加,初生硅平均尺寸从常规铸态的250~300μm细化至27μm左右。初生硅大量形核后,剩余液相后续凝固过程发生离异共晶反应形成针片状硅,没有出现典型的片层状共晶组织,同时片状硅得到一定程度细化。转棒诱导形核能够获得细小初生硅和针片状硅均匀弥散分布于α-Al基体的半固态组织。     

铌在铀熔体中的溶解扩散行为研究

铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能，是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化，可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而，铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象，该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识，精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺，提升铀铌合金材料质量，本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系；对U/Nb溶解扩散界面进行了表征，结果显示铌溶解于铀熔体的过程中，U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构；对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构，结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。     

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。     

搅拌温度对半固态过共晶铝硅合金中初生硅形貌的影响

采用等温搅拌法制备过共晶铝硅合金半固态浆料,研究了搅拌温度对初生硅形貌的影响。结果表明,搅拌可明显改善初生硅的形貌,使其细化、球化。搅拌温度过高,熔体内部过冷度较小,先析出的初生硅晶核较少,初生硅长大时相互间抑制作用较小,易择优长成较粗大的初生硅,这些较粗大的初生硅不易碎化、磨圆而得以保留。降低搅拌温度,熔体内过冷度增大,利于提高熔体内部的形核率,初生硅长大时相互间抑制作用较大,长成的初生硅较细小,易被碎化、磨圆细化、球化。但搅拌温度过低,尽管制备的初生硅更细小,却由于初生硅间易出现团聚,球化程度会变差。     

Al-Si系变形铝合金初晶硅尺寸的控制

从合金化过程中Si未充分溶解与扩散、Ai-Si中间合金中的初晶硅、熔炼温度、合金含Si量及均匀程度、铸造工艺等五个方面，阐述了它们对初晶硅尺寸的影响。     

感应电炉熔炼铸铁w（C）量的控制

介绍了感应电炉熔炼铸铁w（C）量的控制方法,说明了C在高温铁液中的特性：铁液温度越高,C的溶解扩散就越快;铁液温度较低时,C的溶解扩散就较慢.比较了焦炭和无烟煤、石油焦、人造石墨等增C剂的优缺点,分析了影响w（C）量波动的几种因素：与炉衬的反应,与空气中O2反应,炉料所带的氧化物,铁液温度等.最后介绍了如何控制w（C）量波动的详细操作方法.     

Ga在SiO2／Si系下的扩散模型与分布规律

为给出受主杂质Ga通过SiO2／Si系统实现开管掺杂过程的模型描述和Si体内遵循的主要分布规律，利用二次离子质谱分析(SIMS)、薄层电阻(R□)测量方法，对Ga在SiO2／Si系下的扩散特性、硅表面及体内分布进行了系统研究，得出新的结论：(1)Ga在SiO2中的固溶度较低而扩散系数很大，故形成线性分布形式，Ga在Si中的溶解度相比SiO2很大，SiO2-Si界面的分凝使其以较高平衡浓度分配入硅中，两者的连续确立了开管扩Ga模型。(2)在严格控制硅片温度TSi、杂质源分解温度TGa2O3、反应气体流量CH3，调整预沉积、再分布及其两者的重复组合，便可在硅内得到任意理想的杂质分布；(3)Ga原子是通过理想表面(SiO2-Si界面)扩散入体内，避免与外界的接触沾污，获得了高均匀性、高重复性的扩散表面及非常平行的平面结。     

定向凝固下Ti-48Al合金与不同氧化物铸型涂层界面反应的研究

通过SEM、EDS以及XRD等检测方法对Ti-48Al合金分别与Al2O3、Y2O3、ZrO2铸型涂层的界面反应处的微观组织、元素分布以及界面处的相组成等进行检测;同时结合对界面处的硬度测量,得到界面反应层厚度。结果表明,合金熔体与不同铸型涂层均发生了界面反应。铸型涂层材料不同,界面反应剧烈程度也不同。反应过程中在熔体和扩散元素的冲击下,物理侵蚀和化学反应同时存在形成了反应层,反应的强弱则与涂层材料有关。更值得注意的是,对钛铝合金与铸型涂层的热力学性质进行了计算。研究还表明,熔体在界面处的反应层主要由涂层材料的脱落扩散程度控制,涂层中的元素尤其是O元素的扩散是控制界面反应进程的重要因素。     

电场对AZ31B与Al连接界面扩散反应和扩散溶解层结构的影响

应用电场激活扩散连接技术(FADB)实现AZ31B与Al的连接。研究了电场对AZ31B/Al结合界面扩散反应和扩散溶解层结构的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱与X射线衍射仪等方法分析了扩散溶解层的显微组织、相组成和元素分布。结果表明,在FADB条件下以铝粉为中间层时扩散溶解层由均匀共晶层、过渡层和胞状晶组成;以铝箔为中间层时由镁合金侧共晶层和铝侧过渡层构成。电场强度对扩散溶解层宽度和形态均有显著影响。溶解层随电流密度升高而变宽。以铝粉为中间层在温度450℃,时间50min,电流密度80A·cm-2时过渡层宽度为120μm,为未施加电场时的12倍。电流对共晶层内晶粒尺寸有显著影响。当电流密度由28A·cm-2升至48A·cm-2时,点状晶粒晶粒尺寸由2μm降至0.5μm。     

SiO2与Mg—Li合金熔体反应动力学分析

基于液淬试样组织观察的结果， 对ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体反应动力学进行了分析。建立了ＳｉＯ２与ＭｇＬｉ 熔体反应的动力学模型， 提出了控制粒子尺寸及其在熔体分布的措施。得出了ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 熔体反应的速度表达式， 确定了Ｍｇ２Ｓｉ 的形成位置。结果表明： ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体的反应是分两步进行的， 即首先在界面处反应生成ＭｇＯ 与Ｓｉ， 而后Ｓｉ 与Ｍｇ 反应生成Ｍｇ２Ｓｉ。     

Modification mechanism of cerium on the Al-18Si alloy

The effect of the rare earth cerium （Ce） on the hypereutectic Al-Si alloy under different casting states have been studied by optical microscope and quantitative image analysis. It is found that the size and the quantity of primary silicon in castings decrease with the increase of added Ce in the melt. Meanwhile primary silicon changes from branched shape to fine facetted shape. Although the modification on eutectic silicon in castings also improves with the increase of added Ce in the melt, the effect of modification on eutectic silicon away from primary silicon is more obvious than that on eutectic silicon close to primary silicon. The modification mechanism was analyzed in detail by means of scanning electron microscope equipped with energy dispersive analysis of X-ray and thermodynamics analysis, which included the analysis on the change in standard Gibbs energy of reaction and reaction equilibrium.     

Employing magnesium-lead melt for synergetic and selective extraction of copper from copper-cobalt alloy

This research aims to extract Cu from Cu-Co alloy with high efficiency and selectivity by employing binary Mg-Pb melt. The optimal conditions for the extraction of Cu were determined. The results showed under optimal conditions, 96.5% of Cu in the Cu-Co alloy could be selectively extracted after treatment at 800 °C for 1 h, with the extraction rates of only 0.2% Fe, 0.6% Co, and 1.4% Si. The dissolution mechanism involved the counter diffusion of Mg/Pb and Cu across the diffusion zone of the Cu-Co alloy, and Mg in the binary Mg-Pb melt played a major role in the selective dissolution of Cu, especially at the dissolution forefront. The rate-controlling step of the extraction was dominated by the interfacial reaction.     

Kinetics of absorbing hydrogen of Al melt

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｙｄｒｏｇｅｎｉｎＡｌｍｅｌｔｍａｉｎｌｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｗａｔｅｒｖａｐｏｒ[1] .ＩｔｉｓｔｈｅｗａｔｅｒｖａｐｏｒａｂｓｏｒｂｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｘｉｄｅｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅＡｌｍｅｌｔ,ｂｕｔｎｏｔｔｈｅｇａｓｅｏｕｓｗａ ｔｅｒｖａｐｏｒｔｈａｔｒｅａｃｔｓｗｉｔｈｔｈｅｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ,ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｒｅｉｓａｌｗａｙｓａｔｈｉｎｏｘｉｄｅｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅＡｌｍｅｌｔ.Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｉｓｔｈｅｉｒｃｈｅｍｉｃ…