铅银渣熔化-烟化过程中银物相演化规律的研究

针对铅银渣中银元素在熔化-烟化过程中物相演化规律开展研究。通过热力学计算分析,研究铅银渣中银物相挥发的热力学机制,并基于热力学理论,开展单因素实验,研究反应温度、配碳比和保温时间对银回收率的影响,得出最佳工艺参数。接着通过观察微观组织形貌,结合理论计算与实验结果,明确铅银渣中银物相在熔化-烟化过程中的演化规律。热力学分析结果表明,铅银渣中的Ag_(2)O会优先挥发到烟尘中;渣中的AgCl不发生氧化反应、还原反应和分解反应,会挥发到烟尘中;渣中的Ag_(2)S不挥发也不发生还原反应,会被氧化成Ag_(2)SO_(4);在低温时渣中的Ag_(2)SO_(4)会被还原为单质银,单质银与铅、锌形成合金被携带进入烟尘;在高温时,Ag_(2)SO_(4)的蒸气压急剧增大,会挥发到烟尘中。银扩大配渣实验结果表明,烟尘中物相为Ag_(2)O、AgCl、Ag_(2)SO_(4)和单质银,这与热力学分析结果一致。单因素实验表明,回收铅银渣中银的最佳工艺参数为反应温度1 300℃、配碳比16.30%、保温时间150 min;在此条件下,银回收率为80.26%。

铝基材料水解制氢技术研究进展

氢能是全球公认的清洁能源,被认为是化石能源的理想替代品,具有广泛的市场前景。铝价格低廉、密度较低且能量密度高,铝水解产氢是一种有效提供氢能的方法。简述了铝水反应的原理,介绍了目前国内外主流的3种铝基材料水解制氢技术(纯铝与酸碱溶液反应、机械球磨法制备铝基复合材料、熔铸法制备铝基低熔点合金)的研究进展,并探讨了不同技术的反应原理、不同添加物的作用机理,对比了各种技术的特点,提出熔铸法制备低熔点合金将成为日后研究的重点,最后对未来熔铸法制备铝基低熔点合金的前景进行了展望。

AlCuFe纳米颗粒对钕铁硼磁性及抗腐蚀性的影响

为了提升烧结NdFeB的磁性能和耐腐蚀性,采用晶界掺杂Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒方法制备了高性能烧结NdFeB磁体,利用电化学工作站研究了掺杂磁体在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒的掺杂可在磁体中形成低熔点相,提高晶界与主相的润湿性,抑制硬磁相之间的磁耦合,增强磁体的磁性能。当Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒的质量分数为0.4%时,磁体的磁性最大,矫顽力为978.1 kA/m,最大磁能积为270.3 kJ/m^(3),剩磁为1.208 T。与未掺杂磁体相比,掺杂0.4%Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒后磁体的腐蚀电位从-0.8816 V增至-0.7040 V,腐蚀电流密度从78.2929μA/cm^(2)减至33.2229μA/cm^(2),且高频容抗弧半径远大于未掺杂磁体,因而磁体的耐腐蚀性得到有效提升。

三相导线-相间间隔体系直流融冰热特性有限元及脱冰动力响应分析

为研究输电线路导线直流融冰非对称运行特性,以LGJ-400/50输电导线为研究对象,建立不同运行条件下的输电导线实体模型,采用COMSOL软件探究不同覆冰厚度对导线温度分布的影响,并对不同环境温度和不同风速对导线中心点温度变化进行分析,得到脱冰时刻导线温度作为初始条件施加,应用ANSYS LS-DYNA PrepPost非线性结构动力学模型,建立实际运行过程三相导线-相间间隔体系有限元模型,分析导线体系直流融冰非对称脱冰动力响应。结果表明,在采用不同融冰方案工况下,不同脱冰相数下导线体系最大脱冰跳跃高度不同,三相导线-相间间隔导线体系在融冰过程中相比单导线脱冰情况具有非对称性,依据间隔棒布置条件对导线体系脱冰动力响应影响规律,能够优化导线相间距进而保证直流融冰过程安全运行。

热处理对选区激光熔化Co-Cr合金微观组织与力学性能的影响

热处理不仅可以消除激光增材制造材过程中的热应力,还可以调控材料组织结构和力学性能。本文研究了选区激光熔化Co-Cr合金微观组织在不同热处理条件下的变化及其相应的力学性能。研究发现,打印态下合金组织为γ奥氏体,基体中存在大量层错和亚晶界组织,以及少量四方σ-CoCr沉淀相;在1150℃下保温1 h,发生γ-ε转变,ε马氏体含量为10.4%(V/V),同时沉淀相由四方σ相转变为六方Co_(3)W(Mo)_(2)Si相;再经过800℃处理2 h后,马氏体含量进一步增加至15.5%(V/V),同时沉淀相数量增加且尺寸增大。热处理后的沉淀相对力学性能影响显著,材料的硬度从31 HRC提高至38 HRC,屈服强度从848 MPa提高至1119 MPa。本研究可以为研究激光选区熔化Co基合金组织与性能调控提供参考。

镍基高温合金SLM过程中熔池内的微观结构演变数值模拟

采用有限元耦合相场的方法研究IN718高温合金在激光选区熔化过程中熔池内的竞争性生长和晶粒/枝晶结构的演变。通过有限元解决热演化问题,然后将结果输入相场模型,相场模拟涉及晶粒成核、晶粒外延生长和晶粒竞争的微观结构演变。基于对熔池横向和纵向截面微观结构演变的分析,讨论SLM过程中枝晶竞争性生长的机制,并量化计算熔池中溶质元素Nb的浓度分布。结果表明,枝晶竞争性生长受温度梯度和晶体学取向的影响,具有高错配角(>22.5°)的不利取向晶粒将很快被有利取向晶粒淘汰。

河北省一次层状云冰相粒子及融化层微物理特性研究

层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于中国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。利用2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演变。研究表明,云中负温层冰相粒子以聚合体为主,部分区域存在霰粒子。云中冰相粒子通过凇附、碰连和贝吉龙过程增长。相对来说,上升气流较强及相对湿度较高云区的冰相粒子数浓度较高、粒子谱较宽。融化层中,中等大小粒子数浓度存在增大趋势,说明融化层中不同粒径冰相粒子的融化速率存在差异。研究发现,高相对湿度区(RH≥95%)粒子融化速率较低相对湿度区(RH<95%)快,低相对湿度区中表面融化的粒子蒸发吸收潜热,使环境温度降低,减缓粒子融化速率。融化层高相对湿度区降水粒子谱分布的截距大于低相对湿度区,斜率与低相对湿度区接近。融化层降水粒子负指数谱分布的截距与斜率均大于负温层,0℃层高度以下HVPS探测到的粒子谱分布参数N_(0)与λ呈正相关,线性函数能较好地拟合二者的关系。对于D_(max)大于1000μm的降水粒子,谱参数λ与D_(max)呈负相关,幂函数能较好地拟合二者的关系。数值研究发现,0℃层之下云内存在混合相态粒子,观测和模拟结果均发现0℃层之下中等大小的粒子数浓度更高。分档方案数值模拟得到的降水粒子平均谱的截距与观测资料一致,但斜率大于观测结果。研究结合飞机观测资料与模式,对云内融化层中粒子微物理特性有了更加深入的认识。

尾矿陶粒/正壬醛酰腙复合材料的制备、表征和相变储能性质

针对固液相变储能材料在相变过程中液体发生泄漏而缩短其使用寿命,甚至造成安全隐患问题,实验研究常压下自发浸渗法制备了一种低相变温度、高潜热的尾矿陶粒/正壬醛酰腙复合材料,通过红外光谱、紫外可见漫反射光谱、XRD和对N2吸脱附实验对复合材料进行了表征,测试了复合材料的热稳定性和相变储能稳定性。红外光谱和紫外可见漫反射光谱结果表明,尾矿陶粒与正壬醛酰腙之间作用力是氢键;XRD测试和N2吸脱附实验显示,在形成复合材料过程中,正壬醛酰腙钻入到了尾矿陶粒的孔结构中;TG和DSC测试结果表明,形成复合材料后热稳定性增强,在100次升温和降温循环试验后,复合材料的熔化潜热仅降低了1.10%,凝固潜热增加了0.40%,说明复合材料具有良好的循环稳定性和热稳定性。

高铁赤泥中铝的赋存状态及铝铁分离技术研究

针对拜耳法高铁赤泥无害化处置与资源化利用难题,研究了高铁赤泥中铝的赋存状态及其对铝铁分离的影响。借助XRD、铁化学物相分析、SEM-EDS等检测手段,研究了高铁赤泥的化学组成、矿物组成以及铝的赋存状态等工艺矿物学特征。查明赤泥的主要组成矿物为褐铁矿、赤铁矿、铝针铁矿和钛铁矿,其中铁主要以针铁矿、赤铁矿的形式存在;铝主要以类质同象存在于针铁矿中,形成铝针铁矿,部分以三水铝石的形式存在,铁铝共生关系密切。赋存于针铁矿中的铝采用常规物理分选方法无法实现铝铁分离,利用磁化焙烧和悬浮焙烧预还原—电炉熔炼工艺分别尝试对高铁赤泥进行铝铁分离,磁化焙烧能够实现赤铁矿、针铁矿向磁铁矿的定向转化,但不能有效破坏铁矿物中铝的类质同象结构,无法实现铝和铁的分离,导致磁选铁精矿中TFe品位低、Al2O3含量高;悬浮焙烧预还原—电炉熔炼工艺能有效实现高铁赤泥的铁铝分离与综合利用,当原料TFe品位为46.85%、Al2O3含量为13.31%时,可获得TFe 92.86%的炼钢用生铁,同时所得到的矿渣产品可以作为生产铝酸盐水泥熟料的原料。可见,悬浮焙烧预还原—电炉熔炼工艺可以有效破坏矿石内部铝和铁类质同象的晶格结构,实现了铝铁的高效分离,为高铁赤泥的无害化处置与资源化利用提供了新途径。

稀土Gd对Ni-Cr-Mo合金热变形行为的影响

含Gd镍铬钼合金作为乏燃料贮运用中子屏蔽材料具有广阔的应用前景,却在热加工时极易发生开裂,为了优化合金热变形工艺参数,本文以Ni-Cr-Mo合金为研究对象,研究了Gd加入后引起的组织变化。在变形温度为1 000~1 200℃、应变速率为0.01~5 s^(-1)条件下进行等温热压缩实验,计算合金相关材料常数及热变形激活能,构建热加工图并确定热加工窗口,结合微观组织进行分析,研究Gd对合金热变形行为的影响。结果表明,Ni-Cr-Mo合金中加入了1.2%的Gd,合金的变形激活能从472.15 kJ/mol降至422.9 kJ/mol,在热变形时合金的能量消耗效率更高,组织演变更充分,塑性失稳区域由高温向低温逐渐转移,并且增大了合金在1 000~1 060℃,0.01~0.32 s^(-1)低温低应变速率下安全区的面积。合金最佳热加工区间为:0.5真应变量,温度(T)为1 113~1 164℃,应变速率(ε)为0.01~0.2 s^(-1)。Gd在晶界或枝晶间以金属间化合物GdNi_(5)析出,GdNi_(5)相作为硬脆相,在热变形过程中其周围产生较大应变,导致组织中畸变能更高,从而促进周围变形晶粒发生再结晶,降低组织中的残余应变。

空穴效应下泡沫金属复合相变材料热性能数值模拟

在三维泡沫金属复合相变材料(PCM)基础上,构建了随机分布空穴模型,采用多松弛时间格子Boltzmann方法,从孔隙尺度分析了不同空穴体积分数、分布位置及泡沫金属与PCM导热系数比下的空穴效应.结果表明,随着空穴体积分数的增加,减缓了复合PCM的传热速度,并降低了潜热储能的能力.在Fourier数Fo=0.7时刻下,当空穴体积分数分别为2.4%,7.6%和11.7%时,相较于无空穴情况下的储热量分别减少了3.2%,9.0%和13.0%.当体积分数为3%的空穴集中在热壁面侧时,其对复合PCM熔化过程的阻碍作用最显著,此时空穴层相当于绝热层,使复合PCM的整体熔化时间延长了6.1%.为削弱空穴效应,可选择导热系数比超过100的泡沫金属骨架来提高其在传热中的主导作用.

相变沥青混合料融雪效果及评价指标研究

为确定DTC相变材料(phase change material,PCM)在沥青路面中的融雪效果及评价指标,通过设计室内和室外融雪试验,以未掺加相变材料的沥青混合料试件作为对照组,研究并分析低温下相变沥青混合料的融雪效果。结果表明:相变材料在沥青混合料中具有明显的调温作用,掺量越大,融雪效果越明显;相变材料掺量为0.5%、积雪厚度分别为1.5 cm和3.0 cm时,与普通沥青混合料相比,相变沥青混合料融雪速率分别提高19.0%和16.0%。基于室内和室外融雪试验,提出以积雪厚度变化率(Δh)和余雪覆盖率(residual snow coverage,RSC)作为相变沥青混合料融雪效果的综合评价指标。

激光选区熔化技术制备NiTi合金的研究进展与应用

NiTi合金作为一种典型的形状记忆合金,除了具有独特的形状记忆效应,还拥有优异的超弹性、生物相容性和力学性能,广泛应用于医学、机械、微电子等领域。然而,由于该合金延展性过高、加工硬化、低热导等问题,传统的切削方法加工工艺复杂、成本高,限制了其工程化应用。增材制造技术(Additive manufacturing, AM)又称3D打印技术,以其独特的一体化成形的技术优势,有效地改善了传统加工方法存在的问题。对此,国内外学者对激光选区熔化(SLM) 3D打印镍钛合金成形工艺进行了大量研究,并取得了丰硕成果。综述了近年来选区激光熔化镍钛的研究进展,简述了选区激光熔化和热处理工艺与镍钛合金的相变温度、组织结构、力学性能等映射关系,着重分析了SLM工艺参数对镍钛合金超弹性的影响规律,揭示了其影响机制,介绍了激光选区熔化镍钛合金的在医学领域的应用,并对未来NiTi合金的增材制造技术的发展提出了展望。

聚乙烯管焊缝超声检测工艺探讨

通过对聚乙烯管不同焊接工艺所形成的焊缝结构分析,了解相应的焊接缺陷产生的机理,针对各自形成的焊缝形状,选择不同的超声检测工艺。对电熔焊接接头检测,采用相控阵超声检测工艺,优化其灵敏度、扫查孔径和聚焦深度的工艺参数来提高检测效率;对热熔焊接接头采用TOFD检测方法,选择合适TOFD楔块材质和规格来提高检测分辨力。

双翅片矩形相变储能单元蓄热性能实验研究

以双翅片矩形相变储能单元为研究对象,开展不同边界温度下(50℃、55℃、64℃、69℃、73℃)相变材料熔化过程的可视化实验,通过观察相变材料固液相变界面、温度和液相率变化分析储能单元内相变材料的熔化行为和传热规律,探究不同边界温度对储能单元蓄热性能的影响。研究表明:熔化后期储能单元内出现的熔化死角极大延长了蓄热时间,熔化死角用时比均大于30%;边界温度增加,固液相界面形状无明显变化,相变材料内温度分布及变化趋势相似,但固液相界面演化进程加快,自然对流加强,相变材料内温度分布不均匀性最大增加60%,相变温度最大增加2.9℃;边界温度从50℃提高至73℃时,完全熔化时间缩短510 min,且边界温度越低时(Fo)/(Ste)越大,表明在边界温度较低时,增加边界温度对相变材料的强化传热效果更明显。

铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑物相演化研究

我国铅锌矿产资源比较丰富,在湿法炼锌过程产生了大量的铅银渣,铅银渣中含有铅、银、锌、铜、锑等多种有价金属,铅银渣中有价金属的回收处理一直制约行业发展。目前,铅银渣在侧吹熔化-烟化过程中锑物相的演化规律尚缺乏系统的研究,因此本文通过热力学理论计算确定铅银渣中锑的存在形式,考察了反应温度、配碳比、保温时间对锑回收率的影响,并通过响应曲面法得出最优工艺条件。试验结果表明,铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑回收率的最优工艺:反应温度为1290℃,配碳比为17.60%,保温时间为125 min,在此条件下锑的回收率可达到82.54%。该研究为回收铅银渣中的锑以及实现铅银渣资源化利用提供了参考依据。

冷轧高硅双相钢基料氧化铁皮分析及控制

4.0 mm规格供冷轧高硅钢表面存在较严重致密的红色氧化铁皮,且有一定的厚度,经过热酸洗试验,低倍镜下可见其表面存在一定的粗糙度,且有黑点缺陷残留,影响客户使用。通过分析,高硅钢表面氧化铁皮为含硅成分的Fe2SiO4橄榄石相氧化铁皮,该铁皮在1173℃以下呈熔融状态,很难通过除鳞系统进行去除。通过高温快烧、降低空燃比等措施可减少加热炉内氧化铁皮产生;通过提高除鳞时温度保持氧化铁皮液态,降低除鳞时轧制速度,可有效去除橄榄石相氧化铁皮,提高表面质量。

膨胀珍珠岩/脂肪酸复合相变材料的制备及封装效果分析

以膨胀珍珠岩(EP)为支撑材料,月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为相变主材,采用熔融共混法制备膨胀珍珠岩/脂肪酸(EP/FA)复合相变材料。泄漏率是衡量材料封装效果的重要指标之一,通过实验研究了EP添加量、加热时间和加热温度对复合相变材料泄漏率的影响。结果表明,材料的泄漏率随着EP添加量增大而减小,在LA、MA、PA和SA中分别添加质量分数59%、69%、65%、66%的EP,脂肪酸(FA)不会泄漏;EP/LA、EP/MA、EP/PA和EP/SA复合相变材料的泄漏率会随着加热时间的延长而提高,线性拟合结果表明两者相关系数R^(2)大于0.95,说明两者存在一定的线性相关性,加热12h后上述4种复合相变材料的泄漏率分别达到1.48%、1.34%、1.49%和1.17%;4种复合相变材料的泄漏率会随着加热温度升高而增大,加热温度对EP/LA的热稳定性影响最大,对EP/MA影响最小;在不同温度下加热1~3h,4种复合相变材料的泄漏率分别低于0.78%、0.36%、0.45%和0.42%。添加EP能够很好地封装FA,同时提升蓄热温度和时间,但是材料潜热降低,因此采用EP封装有机相变材料时应先进行适当的改性。

基于离散元与相场法的激光选区熔化数值模拟

在激光选区熔化制造过程中,多物理场耦合特征明显,涉及传热、相变、熔池流动以及晶粒生长等复杂的物理现象,给质量调控带来了极大挑战。本文基于离散元法与相场法,提出了集成粉床-熔池-微结构演化的计算框架,实现激光选区熔化的高保真数值模拟。首先,采用离散元模拟了辊筒铺粉过程,讨论了铺粉工艺参数对粉床质量的影响;其次,提出了热-流-微结构耦合的非等温相场模型,验证了相场模拟计算研究熔池气液两相流动行为的可行性,并研究了反冲压力和马兰戈尼效应对熔池行为的影响;最后,实现了铺粉-单层扫描的全过程仿真,再现了激光选区熔化过程中熔池的流动、凝固以及晶粒演化等现象。

Al和Ti含量对激光熔炼Al_(x)NbTi_(y)V轻质高熵合金组织与性能的影响

轻质高熵合金在结构材料轻量化方面显示出巨大的应用价值,激光熔炼和激光增材制造技术因其极端冶金条件,为高熵合金研制提供了新思路。采用激光熔炼技术制备Al_(x)NbTiV(x=0.5~7)和AlNbTi_(y)V(y=1~7)纽扣试样,并对其相结构、显微组织和硬度进行了系统研究。结果表明:Al含量对合金相结构和显微组织有显著影响,Al含量低(x≤2)时,Al_(x)NbTiV合金由BCC单相固溶体组成;Al含量高(2<x≤7)时,合金出现金属间化合物,随着Al含量增加由BCC,TiAl相转变为TiAl_(3),NbAl_(3)相。Ti含量在一定范围(y≤7)不会影响合金相结构,AlNbTi_(y)V合金均由BCC单相固溶体组成。Al,Ti含量对合金硬度均有较大影响,Al_(x)NbTiV合金由BCC单相组成时,合金硬度随着Al含量的增加硬度升高,金属间化合物的出现使合金硬度不再随Al含量的变化而变化;AlNbTi_(y)V合金硬度随Ti含量的增加而降低。