高纯铜制备方法及研究进展

高纯铜因其优良的物理化学性质,在集成电路、半导体、航空航天等领域发挥重要作用。我国是铜生产与消费第一大国,但99.999%及以上高纯铜高效制备技术的缺乏制约着铜产业竞争力的提升,如何高效制备高纯铜是行业研究的重点。本文从高纯铜的制备方法及生产工艺出发,综述了电解、萃取、离子交换、真空蒸馏、区域熔炼等高纯铜制备工艺的研究现状,主要包括纯化机理、制备效率及提纯效果,着重归纳了添加剂、温度梯度、电流密度、保温时间等因素对制备高纯铜的影响。最后,通过对比湿法工艺与火法工艺的优缺点,重点探讨了火法真空蒸馏制备高纯铜的现状,并根据目前高纯铜制备的研究进展,展望了未来高纯铜制备的发展方向。

La-Ce稀土对Q345D钢夹杂物和冲击性能的影响

通过现场试验,分析了La-Ce稀土处理对Q345D结构钢夹杂物、连铸可浇性和钢种性能的影响。结果表明,RE在Q345D结构钢中的合金收得率为21.5%;与未添加RE的炉次相比,脱硫率提高了37.5%,单位夹杂物密度从80.16个/mm^(2),降低至60.78个/mm^(2);La-Ce稀土处理前钢液中夹杂物主要是MgO-Al_(2)O_(3)-CaO复合夹杂,La-Ce稀土处理对小尺寸(D≤5μm)夹杂物的改性作用较为明显,小尺寸夹杂物改性为(La-Ce-S)和(La-Ce-Al-S-O)稀土类夹杂物;La-Ce稀土处理可以明显降低钢中MnS类夹杂物的纵横比,使MnS类夹杂物在轧制后的形貌更接近椭圆形,而没有长线形,这是Q345D结构钢横向冲击功提高20%的主要原因。

氢冶金对冶金工业碳排放的减缓效果评估

氢冶金作为一种新兴的冶金技术,通过使用氢气作为还原剂代替传统的碳基还原剂,在冶炼过程中大幅减少了二氧化碳的排放。文章通过对比分析氢冶金与传统冶金工艺的能耗、成本和碳排放量,评估了氢冶金在减缓冶金工业碳排放方面的潜力和效果。研究结果表明,虽然氢冶金的初始投资和运营成本较高,但其在减少温室气体排放、促进冶金工业绿色转型方面具有显著优势。

响应曲面法优化废旧三元锂电池黑粉酸浸工艺

使用盐酸直接浸出废旧三元锂电池黑粉中的锂、镍、钴、锰,采用基于Box-Behnken设计的响应曲面法,考察反应温度、酸浓度、时间对4种元素浸出率的影响。结果表明,直接酸浸法最佳工艺条件为:酸浓度6 mol/L,固液比250 g/L,反应温度60℃,反应时间7 h,2次浸出后,锂浸出率为99.96%,镍浸出率为99.73%,钴浸出率99.90%,锰含量为99.82%。

放电等离子烧结制备钼镍合金

采用放电等离子烧结方法制备钼镍合金,研究了烧结温度、压强、保温时间、升温速率对钼镍合金相对密度的影响。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子背向散射衍射仪等检测手段对钼镍合金的相对密度、显微形貌、物相等进行表征,分析放电等离子烧结钼镍合金的致密化过程。结果表明:烧结温度和压强是影响钼镍合金相对密度的主要因素,Mo和Ni元素的局部高速扩散是促进钼镍合金致密化的主要原因。烧结态钼镍合金的物相主要由Mo和MoNi中间相组成,Mo颗粒均匀分布在MoNi中间相形成的网状组织中。烧结态钼镍合金最大相对密度99.10%,平均晶粒尺寸小于10μm,平均硬度HRA 72。添加剂Ni含量在烧结前后变化不大。

从高钙富硼老卤中提硼研究

以青海某高钙富硼老卤为研究对象开展了提硼研究。结果表明,合适的萃取条件为:磺化煤油为稀释剂、异辛醇用量50%、萃取相比1.0、萃取混合时间15 min;合适的反萃条件为:反萃剂为pH=1的稀盐酸、反萃相比1.5、反萃混合时间15 min。以此条件在5级混合澄清槽中完成了连续逆流萃取—反萃运转试验,连续运转45 h,硼萃取率为95.49%,硼与钾、钠、钙、镁的分离效果较好;硼反萃率为99.59%,反萃液中硼含量达17.17 g/L。采用“溶剂萃取—反萃—高温蒸发—低温冷却结晶—重溶—冷却结晶—过滤洗涤—干燥”工艺高效分离提取硼,硼总回收率为92.33%,制备出的硼酸产品达国家标准(GB/T 538—2018)要求。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

铝车轮铸造模具水冷界面换热系数反算求解

铝车轮低压铸造过程中,模具温度场是影响铝液凝固的重要因素。水冷作为铸造模具的主要冷却方式,对模具温度场的影响机理仍不明晰,有待深入研究。本文以铝车轮铸造模具的边模水冷模块为研究对象,设计水冷降温实验并采集水冷过程中的模具温度数据。通过ProCAST及ANSYS分析冷却水流动状态,以实测温度数据为基础进行软件反求解,基于Beck非线性估算法,建立界面换热数值模型。通过对比分析两种界面换热系数求解方式,并正向求解以验证两种求解方式的准确性,以期为铝车轮低压铸造模拟验证提供数据支撑,有望获取冷却水与模具的真实换热系数,并揭示其传热行为和换热机理。

微波强化嗜酸氧化硫硫杆菌浸出废线路板中铜的条件优化

为提高电子废弃物中金属铜的生物浸出率,用微波强化嗜酸氧化硫硫杆菌(Aidithiobacillus thiooxidan)对废线路板中铜的浸出,采用Plackett-Burman法和Box-Behnken法优化强化浸出条件。Plackett-Burman法表明微波功率、辐照时间和浸出时间能够显著影响废线路板中铜的生物浸出率。最陡爬坡实验确定3因素的中心值为微波功率340 W、辐照时间3.60 min和浸出时间6.80 d。采用Box-Behnken法优化浸铜条件。研究发现,微波功率、浸出时间、微波功率和浸出时间及辐照时间和浸出时间的交互作用对浸铜有显著影响,辐照时间有影响但不显著。模型预测最优条件为微波功率336.10 W、辐照时间3.59 min和浸出时间6.82 d,预测最优浸出率为75.69%。调整微波强化废线路板中铜的生物浸出条件为微波功率336 W、辐照时间3.60 min和浸出时间6.80 d,实际铜浸出率为75.41%±0.76%,与模型预测结果相近。表明所得最优条件真实有效,可用于后续研究。

NdF_(3)在LiF熔盐中的溶解及离子结构

LiF-NdF_(3)熔盐体系中离子的构成形式对解析电解钕工艺的电解过程至关重要,本文采用冰点降低法分析LiF-NdF_(3)熔盐体系的离子结构。通过Temkin和Flood模型及热力学计算分析熔盐体系内可能存在的离子团簇,结果表明,NdF_(3)在LiF中的溶解模型符合TemkinⅠ、TemkinⅡ、TemkinⅥ、TemkinⅦ和FloodⅡ、FloodⅥ、FloodⅦ,在LiF-NdF_(3)熔盐体系中主要形成含有1~2个Nd^(3+)的分子团簇,NdF_(3)在LiF内溶解主要形成游离的Nd^(3+)、F-、Li^(+)以及Li^(+)·[NdF_(4)]^(-)、Li^(+)·[Nd2F7]-、2Li^(+)·[Nd_(2)F_(8)]^(2-)分子团簇。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

Ti_(2)AlNb合金粉末热等静压成形的组织和性能

分别采用等离子旋转电极雾化法(Plasma rotating electrode process,PREP)和无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Ti_(2)AlNb洁净预合金粉末,并对预合金粉末进行了表征。通过热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)工艺制备了Ti_(2)AlNb合金,研究了制粉工艺对Ti_(2)AlNb合金显微组织与力学性能的影响。试验结果表明,与PREP法相比,EIGA法制备的Ti_(2)AlNb粉末振实密度更高;基于粉末热等静压近净成形技术,在1030℃/140 MPa/3 h的条件下开展了Ti_(2)AlNb叶轮的成形研究,有限元模拟结果显示,粉末振实密度越高,部件热等静压后变形程度越小,综合考虑构件成形,优选振实密度更高的EIGA制粉工艺制备Ti_(2)AlNb粉末合金复杂部件。

模压成型压力对氧化铟锡(ITO)靶材性能影响研究

以化学共沉淀-煅烧法制备的纳米ITO粉体为原料,通过模压、冷等静压成型,采用常压烧结法制备了ITO靶材,研究了模压成型压力对ITO靶材相对密度、电阻率和晶粒尺寸的影响。结果表明,模压成型压力60 MPa且烧结条件适宜时,制得的ITO靶材相对密度为99.81%、电阻率为1.707×10^(-4)Ω·cm、平均晶粒尺寸为7.62μm。研究结果可为ITO靶材的致密化与大型化生产提供借鉴。

钨粉制备及其对钨合金性能影响的研究进展

金属钨因具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨和热膨胀系数小等优点而被广泛应用于制备各种合金材料。本研究综述了钨粉的制备方法,如熔盐电解法、溶胶凝胶法、高能球磨法和氢气还原法。针对钨粉均匀性问题,重点阐述了目前使用最广泛的氢气还原法的研究现状,其中,调控氢气中水蒸气分压有利于提高钨粉均匀性;气流磨和球化等钨粉的处理工艺有助于提高钨粉均匀性和分散性。另外,介绍了钨粉粒度和分散性等对钨合金性能的影响,均匀分散的钨粉对制备组织均匀的钨合金优势巨大。针对钨粉和钨合金中钨晶粒之间的相关性介绍了晶粒细化的相关研究。简要介绍了钨粉性能对增材制造钨合金性能的影响。

羰基铁粉生产工艺及用途概述

通过回顾全球羰基铁粉的发展史,简述了羰基铁粉主要生产流程、全球生产企业情况、产能情况以及羰基铁粉主要用途。随着羰基铁粉产业的发展,羰基铁粉也得到了广泛应用,主要用于注射成形、软磁一体化电感、吸波屏蔽、磁流变液、食品添加等行业。

红土镍矿硝酸加压浸出渣制备电池级磷酸铁

近年来,在我国“碳达峰”和“碳中和”目标的引领下,新能源行业发展迅速,新能源汽车的推广与使用促进了锂离子电池行业的蓬勃发展。作为三元锂电池的关键原材料,镍的需求量不断增加。但由于硫化镍矿日益枯竭,红土镍矿逐渐成为了主要的提镍原料,在镍产量中占比超过70%。褐铁型红土镍矿在红土镍矿中占比超过60%,经硝酸加压浸出(NAPL)提取镍钴后产生的浸出渣中含有丰富的有价金属资源(铁含量>60%),浸出渣的综合利用对资源回收和环境保护具有重要意义。以褐铁型红土镍矿硝酸加压浸出渣为原料,在磷酸单一介质中制备电池级磷酸铁材料。以磷酸为介质,通过预浸、溶解实现浸出渣中铁的高效提取。预浸时磷酸溶液浓度较低,可以使含铁相初步转型为FePO_(4)·2H_(2)O,同时除去浸出渣中Cr、Mg、Al等杂质元素。然后采用高浓度磷酸溶液溶解处理预浸渣,实现Fe的完全溶解。最后稀释调节pH值直接沉淀制备磷酸铁,得到FePO_(4)·2H_(2)O产品,该产品不含杂质元素Mg、Si,Cr、Al的含量为0.019%、0.016%。通过XRD、SEM、EDS等技术手段对预浸渣和磷酸铁产品的物相组成和微观形貌进行了研究,明确了预浸过程可实现铁由Fe_(2)O_(3)向FePO_(4)·2H_(2)O的转变,最终产品的晶体结构与标准磷酸铁相匹配。由磷酸铁合成的磷酸铁锂材料也表现出优异的电化学性能。该研究有望实现对褐铁型红土镍矿硝酸加压浸出渣中宏量组元铁的高值化利用,从而优化磷酸铁制备工艺。

石墨烯含量对铜铁基自润滑摩擦材料组织结构及摩擦性能的影响

目的改善石墨烯与铜铁基摩擦材料的结合方式,探究不同含量的石墨烯对铜铁基摩擦材料组织结构的影响,研究加入不同含量石墨烯时摩擦材料的摩擦性能和摩擦机理。方法采用粉末冶金冷压法制备铜铁基摩擦材料,利用SEM、XRD等分析方法和手段,探究不同含量石墨烯对摩擦材料的组织结构、综合力学性能和摩擦性能的影响规律,确定最佳工艺参数。结果在铜铁基摩擦材料中加入石墨烯时,其密度和抗压强度随着石墨烯含量的增加呈下降趋势,硬度呈先上升后降低的趋势。在相同转速下,随着石墨烯含量的增加,其摩擦材料的摩擦因数呈下降趋势,磨损率呈现先下降后上升的趋势。在石墨烯的质量分数为0.5%时,摩擦材料的摩擦率最小,为2.52×10^(-9)mm^(3)/(N·m),此时摩擦材料的磨损机理为黏着磨损及少量磨粒磨损。结论在铜铁基摩擦材料中,石墨烯作为润滑组元,与基体的结合性能表现优异,对比石墨烯对铜铁基摩擦材料的影响规律可知,在石墨烯的质量分数为0.5%时,摩擦材料的性能最佳。

等距螺旋锥齿轮的精确建模与金属粉末注射成型工艺试制

等距螺旋锥齿轮作为一种新型锥齿轮,其螺旋齿面具有法向等距的特点,适用于金属粉末注射成型工艺批量化生产。根据坐标变换理论推导出球面渐开线和等距圆锥螺旋线的参数方程,再基于齿面形成原理建立齿面数学模型;在MATLAB中对齿面数学模型编程计算出齿面离散点坐标,并通过UG逆向工程完成等距螺旋锥齿轮的精确建模;利用ANSYS仿真分析等距螺旋锥齿轮的啮合接触,得出齿轮的传动性能;最后通过金属粉末注射成型工艺完成等距螺旋锥齿轮的试制。研究结果表明,齿面数学模型结合离散点逆向建模可确保模型的精度,金属粉末注射成型工艺可用于等距螺旋锥齿轮的批量化生产。

粉末外摩擦系数试验研究进展

粉末与界面的外摩擦行为受粉末的材料性能、模壁表面粗糙度、相对运动速度、温度和压力等因素的影响,不合理的外摩擦行为很容易造成粉末加工装备的磨损以及制品密度分布不均匀。为探究粉末的外摩擦行为,深入考察了国内外粉末外摩擦系数的研究进展,归纳和总结了粉末外摩擦系数的测试方法。根据载荷不同,将粉末外摩擦系数测试方法分为小载荷测试方法和大载荷测试方法,其中,小载荷外摩擦系数测试方法包括斜面法和平板法,大载荷外摩擦系数测试方法包括旋转法、剪切法和闭模法。遵循以上分类方法,进一步阐述了各种测试方法的原理、测试设备以及获取的重要结论。结果表明,小载荷作用下的测试方法仅适用于测量低相对密度粉末的外摩擦系数,测试中的压制力一般低于粉末重量的100倍。大载荷作用下的测试方法更常用于高相对密度粉末的外摩擦系数测量,测试中的压制力因材料而异,聚合物材料的压制力通常在粉末重量的0.5×10^(3)~1.0×10^(5)倍,金属材料的压制力在粉末重量的10^(5)~10^(7)倍。

超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展

晶粒细化可显著提高超细晶/纳米晶钨材料的性能,介绍了超细晶/纳米晶钨材料制备技术的最新研究进展,包括粉末冶金法和深度塑性变形法,粉末冶金法的烧结工艺主要包括热等静压烧结、超高压通电烧结、放电等离子体烧结、微波烧结等;深度塑性变形法包括高压扭转、等通道挤压、表面机械研磨处理和累积轧制等。由于超细晶/纳米晶钨材料存在大量的晶界可有效提高材料的力学性能和抗辐照性能,因此有望解决纯钨材料作为核聚变堆面向等离子体材料存在的问题,对超细晶/纳米晶钨材料的发展提出了建议。