定向凝固过程中固液界面稳定性的研究现状

界面稳定性是金属定向凝固过程中一个很重要的问题,关于它的研究也层出不穷。综述了这一领域的主要进展,着重讨论了基于MS理论研究的各种界面稳定性理论,并指出电磁场对界面稳定性的影响,同时分析了需进一步研究的主要方向。     

VGF法生长4英寸GaAs单晶固液界面形状和热应力的数值模拟研究

采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.     

碳钢/不锈钢液固浇铸复合界面特性研究

界面特性对于碳钢/不锈钢双金属复合材料的质量控制至关重要。基于碳钢/不锈钢液-固复合新材料与工艺开发需要,对Q235/304液-固浇铸复合工艺进行了凝固模拟分析,并利用浇铸实验与剪切实验研究了液-固复合界面的组织与成分变化行为及其对后续轧材力学性能的影响。研究表明,不锈钢基板结合面凹槽化预处理有助于提高整体浇铸复合效果;实现有效冶金复合的温度与界面重要条件则为较高的碳钢过热钢液与不锈钢基板预热温度。其中,液-固复合工艺实现2钢种界面冶金复合的主要特征是：基板界面侧产生有一定厚度的重熔层;复合界面具有一定厚度的合金元素扩散层。据此,获得的液-固复合界面热轧态剪切强度达400 MPa以上,远高于国标210 MPa的门槛值,有望更好地提高这类双金属复合材料的服役性能。     

HCP-Mg平衡固液界面的微观结构

采用NVE系综分子动力学(molecular dynamics,MD)方法模拟了HCP-Mg三个不同晶向的平衡固液界面,通过原子标定技术,在"layering and in-plane ordering"框架内,对固液界面的结构特征进行了分析。在验证了势函数有效性的基础上,通过界面微观结构分析发现,序参数在由固相向液相衰减的过程中呈现了很好的双曲正切的连续变化规律;以序参数aq6为标准计算得到的界面宽度要比序参数ξ的界面宽度大0.1~0.2 nm;同时,界面宽度存在各向异性,[0001]方向界面宽度最大,[11ˉ00]和[1ˉ21ˉ0]方向界面宽度基本相等,这与界面热力学的各向异性保持一致;界面的波动幅度达到界面宽度的5%~10%;此外,Layering方法定位的界面宽度要远远超过in-plane ordering方法定位的界面宽度,吻合于异质固液界面的试验观察。     

远场来流作用下纯熔体液固平直界面的稳定性分析

利用渐近分析方法研究在小的远场来流扰动作用下纯熔体内具有液固平直界面的凝固过程的稳定性,导出了液固界面的扰动振幅变化率与波数的色散关系,以此为基础给出了具有液固平直界面的凝固过程的稳定性判据,揭示了金属凝固过程中液固平直界面转变为胞晶界面的内在机理.     

稀土变质铸铁中石墨—奥氏体共晶的生长方式

用Ｂｒｉｄｇｍ ａｎ 定向凝固技术制取了稀土变质共晶铸铁不同石墨形态时的液－固平界面试样。观察结果表明,稀土变质铸铁共晶凝固过程中,石墨相不论形态如何均为领先相;石墨与奥氏体共晶有共生生长和离异生长两种生长方式。在共生生长情况下,奥氏体紧贴石墨片两侧协同生长,形成锯齿状的液－固界面结构;在离异生长情况下,石墨相单独在液相中析出并充分长大,随后被奥氏体包围,液－固界面形态主要取决于奥氏体－液相界面的稳定性。分析表明,稀土在石墨－液相界面的富集是导致石墨－奥氏体共晶离异生长的主要原因。     

W9Mo3Cr4V/45钢复合轧辊的液-固结合界面

 采用重力铸造液 固结合的方法对高速钢复合轧辊结合界面进行了研究,并对切取的小试样进行了完全退火、高温焠火+3次550 ℃×1 h回火处理。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射仪以及显微硬度计对试样进行了金相组织观察、结合面附近合金成分线扫描、组织成分能谱分析、显微硬度测试和X射线衍射相分析。结果表明：在辊芯45号钢表面电磁感应预热到1 270~1 300 ℃,外层W9Mo3Cr4V高速钢钢液浇铸温度为1 550~1 600 ℃的情况下,两者之间以熔合扩散方式形成了牢固的冶金结合;在铸态下结合界面宽度为40~50 μm,碳及合金元素明显向45号钢侧扩散,通过退火及淬回火处理后,高速钢中的碳及合金元素向45号钢侧进一步扩散,结合界面宽度扩大了100 μm左右,45号钢侧得到细片状索氏体组织,高速钢侧为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物组织。     

钯(Ⅱ)与铬(Ⅵ)、锌(Ⅱ)、镉(Ⅱ)的钙黄绿素液固萃取分离及钯的荧光猝灭法测定

用钙黄绿素(Cal)为萃取剂,借助Tween80-磷酸盐-水的液-固萃取体系,能使Pd(Ⅱ)与Cr(Ⅵ),Zn(Ⅱ),Cd(Ⅱ)定量分离。优化的萃取分离条件:分离酸度为pH9.0,分相盐的总量为2.0 g(K2HPO4与KH2PO4摩尔比,18:1),Tween80体积分数为9.0%,Cal浓度为1.5×10-5mol/L。在上述条件下20~150μg Pd(Ⅱ)可与5~800μg Cr(Ⅵ),5~1 000μg Zn(Ⅱ),2~600μg Cd(Ⅱ)分离。该萃取法与荧光猝灭法相结合成功地测定了催化剂废液     

电磁出钢装置中填装料对固-液界面位置的影响

 在电磁出钢系统中 ,为了提高感应加热效果以实现快速出钢 ,需将固-液界面控制在感应线圈的有效加热区内。设计了模拟钢包上水口处固-液界面测量装置,考察了上水口内在高中低碳钢的出钢温度分别为1550、1600、1620℃时,铁碳合金颗粒的成分、形状、大小对固-液界面的影响规律。结果表明：使用铸铁填装料比使用铸钢填装料时固-液界面的下移量要大,并且成分的影响随着钢液温度的升高有增大的趋势;规则球形颗粒比不规则的砂形颗粒对固-液界面位置影响要大,而且固-液界面的下移量随着填装料粒径的增大而增大;选用粒径为2.0mm的铸铁颗粒作为填充料,当出钢温度为1600和1620℃时,固-液界面位置能够进入有效加热区;当出钢温度为1550℃时,使用粒径为4.0mm的铸铁颗粒做填充料时,固-液界面位置也能够进入有效加热区。     

碘化钾-甲基紫-水体系液-固分离铅(Ⅱ)的研究

研究了碘化钾-甲基紫-水体系液-固分离铅(Ⅱ)的行为及其与常见离子的分离条件。结果表明,当0.1mol/L碘化钾溶液和1.0×10-3mol/L甲基紫(MV)溶液的用量分别为0.6mL,0.2mL时,Pb(Ⅱ)能与I-,MV+形成(MV)2(PbI4)沉淀,而Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Cd(Ⅱ),Co(Ⅱ),Fe(Ⅱ),Al(Ⅲ)等离子在此条件下不形成沉淀,实现了Pb(Ⅱ)与这些常见离子之间的定量分离。应用本法对合成水样中微量铅(Ⅱ)进行定量分离测定,结果满意。     

硝酸钠-硫氰酸铵-罗丹明6G液-固体系浮选分离铅(Ⅱ)的研究

研究了硝酸钠-硫氰酸铵-罗丹明6G液-固体系浮选分离铅(Ⅱ)的行为及其与常见离子分离的条件。结果表明,在1.0 g NaNO3存在下,当0.1 mol/L硫氰酸铵溶液和1.0×10-3mol/L罗丹明6G(Rh6G)溶液的用量分别为0.5 mL和1.0 mL时,体系中形成的不溶于水的NH4SCN-Rh6G-Pb三元缔合物可浮于盐水相上形成界面清晰的液-固两相,从而使Pb2+被定量浮选,而Zn2+,Mn2+,Co2+,Ni2+,Al3+,Fe2+等离子在该体系中不被浮选,实现了Pb2+与这些离子的定量分离。     

不同初始总铁量下的冶金菌液培养过程中Fe3+/∑Fe值、pH值和Eh值的变化规律及对冶金菌液生产的影响

在微生物冶金技术中,微生物的活性、冶金茵液的pH值、氧化还原电位(Eh值)、总铁量和Fe3 /EFe值等是影响浸矿效果的重要因素.因此研究这些因素的变化规律及之间的相互关系,以使浸矿的效果达到最佳,具有重要的意义.本文通过试验,探讨了冶金茵液的pH值、Eh值在培养过程中的变化规律以及∑Fe、Fe3 /EFe与pH值、Eh值之间的关系.