铝合金熔体中夹杂物及其在线检测技术研究进展

铝合金熔体中存在的夹杂物对坯料的后续加工和产品的各项性能有显著影响。介绍了铝合金熔体中常见氧化物、氮化物、氯化物和细化剂残留物等夹杂物的形貌、来源和去除手段,阐述了适用于工业生产的夹杂物去除方法,并对夹杂物在线检测技术的研究进展和发展历程进行了回顾和展望。

铸造过程中3104铝合金夹杂物演变规律研究

针对某铝合金加工厂熔铸生产线3104(含镁)铝合金,利用Prefil-footprint测渣仪在铝合金熔炼、净化和铸造的各个阶段取样,通过金相显微镜对夹杂物进行定性分类,采用面积法对夹杂物数量进行定量统计。对熔体处理各阶段夹杂物种类和数量进行分析和对比,找出夹杂物演变规律,对现场生产熔体处理工艺提供理论支持。

浮选流体动力学关键技术研究与装备智能化发展路径

为精准定义和测量气体体积流量(Q_(g))、表观气体速度(J_(g))、气泡直径(D_(32))及其分布(BSD)、气泡表面积通量(S_(b))、体积气含率(ε_(g))等流体动力学关键参数,研发成型了新一代浮选流体动力学特征阈值传感器系统。结果表明:该传感器系统通过多维度测量浮选设备以及浮选回路的核心参数,能够对采集到的数据进行建模分析,形成优化方案并生成自动化操作指令,推动选矿技术经济指标实现优化提升,有效填补国内矿业领域此类设备研发的技术空白,为选矿工业4.0的实现创造了有利条件。工业化应用成果表明:该传感器系统具备较为精准评价大型浮选设备运行效能的能力,能够实现矿山浮选流程的金属回收率、精矿品位等经济指标的最优解。

浮选流体动力学大数据关键技术、装备研究及其工程应用

近年来随着工业4.0技术和设备的发展,有色金属工业应用发生了许多重大的变化。其中大数据、人工智能、云计算、移动互联等现代信息技术与矿业加工领域深度融合,加速融合智能勘探、智能矿山、矿业物联网等新技术手段成为推动矿业领域加速发展的显著特征之一。顺应行业领域发展趋势,近期由昆明冶金研究院、智铜科技联合研发成型的新一代浮选流体动力学特征阈值传感器系统,通过多维度测量浮选设备以及浮选回路的核心参数,对采集到的数据进行建模分析,形成优化方案并生成自动化操作指令,能够推动选矿技术经济指标实现优化提升,有效填补国内矿业领域此类设备研发的技术空白,为有色金属矿山行业打造新型高效低碳节约型模式提供新的方向。

浮选流体动力学低碳智能制造技术及装备研究

中铝集团以低碳技术为突破口,始终坚持创新驱动,对标行业一流,提升核心竞争力,提速向绿色、安全、智能、高效方向发展,努力将大数据、人工智能、云计算、移动互联等现代信息技术与有色金属发展深度融合,加速引进智能勘探、智能矿山、矿业物联网等新技术手段。加快发展生态修复技术,形成选冶新技术突破,大幅提升资源利用效率,加速推进有色金属行业“双碳”进程,实现企业更好发展,为国家作出更大贡献。作为重要支撑之一,近期由中铝科学技术研究院、昆明冶金研究院等机构联合研发成型的新一代浮选流体动力学特征阈值传感器系统,通过多维度测量浮选设备以及浮选回路的核心参数,对采集到的数据进行建模分析,形成优化方案并生成自动化操作指令,推动选矿技术经济指标实现优化提升,是矿山传统行业向绿色可持续性发展应用场景拓展的有益尝试,能够为有色金属矿山行业打造新型高效低碳节约型模式提供新的方向。

微纳尺度结构定量表征在铝合金设计和制造知识系统中的作用及进展

材料基因工程是铝合金实现高效设计的必经途径,而定量结构表征是铝合金设计和制造知识系统中关于微结构模拟及其控制的不可或缺的输入及验证。对铝合金而言,定量的微纳尺度结构表征包括精准的物相晶体结构鉴定、成分测定等,以及在此基础上进行的物相尺寸、数密度及体积分数等关键结构参数的精准测量。以Al-Mg-Si(-Cu)合金为例,综述了系列表征技术在铝合金微纳结构定量表征中的应用。首先,指出高分辨透射电子显微术、高角环形暗场及环形明场扫描透射电子显微术等技术对研究铝合金中常见的纳米析出相的原子尺度结构有明显的优势,但是也存在电子束损伤高的风险;三维原子探针尤其适合对原子团簇及纳米析出相进行精准的成分测定,但也存在样品小、破坏性检测、无法达到原子分辨率的问题;而选区电子衍射等传统技术则正好与之互补,同时低电压、低剂量率的高分辨TEM观察也是未来值得努力的方向之一。其次,介绍了最近发展起来的一种主要基于传统的会聚束电子衍射来测量纳米析出相体积分数的精准易行的方法。最后,指出在未来研究中,结合前述纳米至原子尺度结构表征手段以及聚焦离子束连续切片法、电子全息照相术、X射线纳米全息照相术等微米-纳米之间尺度的表征手段对铝合金实现多过程、跨尺度定量结构表征的意义,并指出基于原位加热TEM观察来实现动态结构表征是未来的重要发展方向之一。

7xxx系高强铝合金厚板断口平台缺陷的研究

研究以80mm厚7xxx系合金板材的冲击断口为研究对象,采用扫描电镜结合能谱分析,考察了断口上平台缺陷的宏观形貌及平台区域所含夹杂物种类,并分析了产生平台缺陷的可能原因。结果表明,平台缺陷呈淡褐色,形状为不规则的长条状,长度方向尺寸通常可达2~3mm;平台缺陷的局部区域含有较多的夹杂物（氧化物、含铁相等）;平台缺陷产生的原因可能为渣气伴生,即铸锭中气孔夹杂共存,轧制过程中气孔沿轧制方向变形,两侧金属由于气体的存在始终不能接触焊合而形成平台缺陷。

铝酸钠溶液制备超细氢氧化铝的影响因素研究

采用一段分解工艺制备超细氢氧化铝，研究了分解温度、溶液浓度，种子率、分解时间等因素对铝酸钠溶液分解制备超细氢氧化铝分解率和粒度的影响。实验表明：随着分解时间的延长，低温时分解率大于高温下的分解率．种子率控制在10％～30％，有利于生产超细氢氧化铝；铝酸钠溶液浓度高，分解过程诱导期长；分解时间会不同程度地影响析出氢氧化铝颗粒的尺寸。

我国先进铜基材料发展战略研究

铜及铜基材料以其优异的力学、功能和工艺综合性能而广泛应用于电力电子、汽车、机械制造以及航空、航天、通信、集成电路等高技术制造领域。我国是世界上最大的铜材生产国和消费国,广阔的应用市场使先进铜基材料拥有良好发展前景。本文在综述铜加工行业宏观环境和发展概况的基础上,分析了我国铜基材料发展取得的成绩和不足,深层次剖析了我国铜加工产业“大而不强”的原因,重点梳理了我国高强导电铜合金材料、高性能电子铜箔、耐蚀铜合金、耐磨铜合金、铜基热管理材料、特殊用途铜材和新能源用铜材的发展现状、存在问题及未来发展趋势。面向重大应用需求布局前沿方向,推动我国先进铜基材料的进一步发展,研究提出了形成有效的“产学研用”互动机制,建立国家铜基材料产业和技术发展协调平台等发展建议。

专家知识增强的机器学习建模在高强高导铜合金开发中的应用

材料领域数据具有小样本、噪声大、维度高、关系复杂、专家知识丰富的特点.利用专家知识增强机器学习建模效果具有必要性和可行性.本文通过计算自变量与因变量之间的秩相关系数,来定量描述成分状态因素与性能之间单调关系的强弱.在模型训练过程中,将秩相关系数加入到神经网络损失函数,实时评估模型输出与专家知识的相符程度,得到了专家知识增强的机器学习模型.对训练过程分析后发现,模型输出的合理性有显著提升,模型的输入输出规律与专家知识的相符程度达到了0.98以上(1.0为完全相符).基于所建模型,采用遗传算法进行了关于强度和导电率的多目标优化,找到了满足帕累托最优的高强高导铜合金成分并开展了实验验证.实验结果表明,强度在高达637 MPa的同时,导电率仍能保持在77.5%IACS(国际退火铜标准)的水平;导电率高达80.2%IACS的同时,强度仍能保持在600 MPa的水平.强度和导电率的预测值与实际值误差在5%以内.

研发铝合金的集成计算材料工程

用于铝合金的集成计算材料工程是将微观(10-10~10-8m)、细观(10-8~10-4m)、介观(10-4~10-2m)和宏观(10-2~10 m)等多尺度计算模拟和关键实验集成到铝合金设计开发的全过程中,通过成分-工艺-结构-性能的集成化,把铝合金的研发由传统经验式提升到以组织演化及其与性能相关性为基础的科学设计上,从而大大加快其研发速度,降低研发成本。本文详细阐述了原子尺度模拟、相图计算、相场、元胞自动机和有限元等计算模拟方法及微结构表征和性能测定的实验方法,论述了其在铝合金研发中所发挥的具体作用。基于集成计算材料工程,提出了从用户需要、设计制备和工业生产3个层面研发铝合金的具体框架。通过2个应用实例,展示了集成计算材料工程在铝合金研发中的强大功能,这也为新型铝合金及其它新材料的设计和开发提供了新模式。

振动时效消除GH4169合金辗扩成形环件的残余应力的试验研究

对辗扩成形的GH4169合金环件进行振动时效处理试验,采用X射线法测试并比较振动前后环件内的残余应力大小及变化情况,提出残余应力消除率计算公式并对振动效果进行评价。结果表明,试验工艺对环件端面径向和周向残余应力的正应力分量σ_r和σ_θ、以及壁面上周向残余应力的正应力分量σ_θ有消减作用,其消减率为10%~20%;试验工艺不能消减环件壁面上周向残余应力的正应力分量σ_θ。

己二酸对2024铝合金阳极氧化成膜和耐蚀性能的影响（英文）

研究己二酸对2024铝合金阳极氧化膜层形成及膜层耐蚀性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对膜层的形貌进行表征,采用电化学阻抗谱(EIS)对膜层的耐蚀性能进行研究。结果显示,在阳极氧化过程中,己二酸在槽液/氧化膜界面产生吸附,使膜层溶解速度降低、膜层厚度增加,并且膜层结构更加均匀致密,特别是在膜层/基体界面,膜层的规整性得到改善。经过封闭处理后,在添加己二酸的阳极氧化槽液中形成的膜层具有更加优异的介电性能,在腐蚀性环境中具有更好的耐蚀性能。

4045/3004/4045层状铝合金复合材料连铸制备方法

本文旨在开发出制备复合锭坯的新技术,在新型热顶石墨环结晶器中安装冷却板,采用直接水冷半连续铸造法实现了4045/3004/4045铝合金三层复合锭的实验室制备,研究了复合锭坯的宏观形貌、微观组织,并考察了界面两侧元素分布以及铸造过程中界面附近3004合金熔体的温度分布.结果表明:在冷却板的作用下界面附近形成了一层温度分布较为均匀的固态支撑层,从而保证复合铸造过程的顺利实现,复合界面结合较好,且为一种冶金结合;由界面抗拉强度测试结果可知界面的结合强度均高于96 MPa,进一步证明了两种合金的结合是一种冶金结合.

矩形断面铜包铝轧制成形有限元数值模拟

采用有限元数值模拟方法,研究了矩形断面铜包铝复合铸坯轧制成形铜包铝扁排时的金属变形和流动规律,以及工艺参数对宽展率和铜层厚度比的影响。结果表明,变形区宽面铜层在压下方向主要为压应力状态,而在轧制方向主要为拉应力状态。变形区窄面铜层在压下方向主要为压应力状态,但存在局部拉应力区,在轧制方向主要为拉应力状态。窄面铜层的双向拉应力是导致该位置易发生开裂的主要原因。在所研究的轧制工艺参数中,单道次相对压下率对轧制宽展率和铜层厚度比的影响最大,而采用较大的轧辊直径不仅可以获得较大宽展,而且对铜层厚度比的影响较小,因而铜包铝复合棒坯轧制时,宜采用较大的轧辊直径,并合理控制轧制的道次压下率。通过实验验证,数值模拟的计算精度可满足工程要求。

深床过滤器对3104铝合金熔体夹杂物的影响

3104铝合金作为易拉罐罐体材料,对铸锭质量要求高,铸造过程中熔体中的夹杂物进入到铸锭中,会极大地影响最终产品质量。针对某铝加工厂生产线,利用Prefil-Footprint测渣仪在深床过滤器出口取样,通过金相观察和扫描电镜分析,研究了3104铝合金中存在的主要夹杂物种类,定量统计了深床过滤器过滤后夹杂物数量变化。3104铝合金熔体中主要夹杂物为氧化物,同时含有少量Ti B2。深床过滤器能去除各类夹杂物,其使用初期对夹杂物去除效果较差,随着过滤熔体吨数增加,对夹杂物去除效果变好且趋于稳定。

微量合金元素对Zn-Cu-Ti合金显微组织与性能的影响

通过在Zn-Cu-Ti合金中同时添加微量Cr、Mg和Cr、Ni元素,获得了Zn-1.0Cu-0.1Ti、Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Mg、Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Ni(质量分数,%)合金,并通过熔铸、热轧和冷轧处理制备了合金板材,对合金的显微组织、力学性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能进行分析。结果表明:Zn-Cu-Ti合金中同时添加Cr、Mg和Cr、Ni元素后,合金力学性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能均明显提高。Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Mg合金抗拉强度达到343 MPa,伸长率达到40%,蠕变速率为1.38×10^(−9)s^(−1),腐蚀电位为−1.076 V,腐蚀电流密度为8.306×10^(−6)A/cm^(2),表现出最优的综合性能。合金的强化机制主要为固溶强化与析出弥散强化,细小弥散第二相有利于提高合金的抗蠕变性能,添加合金元素后,合金表面形成的致密钝化层和无粗大析出相提高了合金耐蚀性。同时,减少单道次冷轧变形率可抑制CuZn5相的形变诱导析出。

一种近终形制备铝合金控制臂的新工艺

根据汽车用6082铝合金控制臂锻造坯料性能的要求,提出一种近终形制备铝合金控制臂的新工艺。将铝合金熔体采用半连续铸造的方式制备出外形与终锻坯形状接近的近终形6082铝合金锭坯,经切片后直接锻造成形。锻造坯料经530℃4 h固溶和175℃10 h时效处理后,锻坯筋部位置的屈服强度达到340 N/mm2,伸长率高达12.7%,满足了汽车控制臂对6082铝合金锻坯的性能要求。与传统控制臂制备工艺相比,新工艺流程短,节能降耗效果显著。

一种孤立性铝箔针孔的特征及其形成机制

为减少生产过程中典型孤立形态针孔的形成,通过光学显微镜、扫描电镜等测试手段对铝箔中孤立类针孔的微观形貌进行观察,并对其形成机制进行探讨,采用光学显微镜标尺统计法测量油坑面积,利用Ansys有限元进行模拟分析。结果表明:孤立性针孔四周围绕着凹陷,铝箔光面分布着小的油坑,粗糙面分布着小的凹坑,此类针孔在初次轧制道次后有一定的方向性,其长度方向和铝箔轧制走向一致,此类孤立性针孔不存在外来杂质;轧制过程中,在油坑底部分布着最大等效应力;在双向轧制张力作用下,光面油坑和毛面凹坑相连的部位强度最为薄弱,此处铝箔最容易被撕裂,导致铝箔的连续性遭到破坏,形成了此类孤立性针孔;针孔面积比随着轧制道次的增加逐渐减小,随着轧制速度的增大而增大。因此,在生产过程中可通过适当减少毛面粗糙度、控制光面轧制油坑比率等有效措施控制针孔形成。

冷轧率与退火工艺对汽车用5754铝合金组织演变的影响

本文研究了汽车结构件用5754铝合金经不同冷轧变形量(冷轧率58%～75%,对应厚度2.5mm、2.0mm及1.5mm)后再进行H22、H111两种退火处理的整个生产过程中组织的演化。在冷轧变形以及后续退火过程中,5754合金中等效圆直径大于0.2μm的第二相分布不再发生改变,与热轧状态完全一致。热轧板芯部相比表层具有更多的轧制织构,存在沿厚度方向上的不均匀性。2.5mm厚5754铝合金在冷轧和H22状态下也存在组织不均匀性。然而不同的是,冷轧后,铝合金表层轧制织构增多;在不完全退火时,这种不均匀的方式再一次发生改变,芯部依然存在大量轧制织构,而表层的再结晶程度更高,立方织构明显增多;H111状态完全再结晶退火后,板材表层和芯部组织趋于均匀。随着冷轧率的增加,2.0mm及1.5mm厚的板材组织较为均匀,冷轧及H22、H111退火状态板材均未出现表层与芯部的组织差异。冷轧后,板材组织呈纤维状,立方织构较热轧板进一步减少;H22不完全再结晶退火状态时,可以观察到板材发生部分再结晶,轧制织构减少,立方织构增多;至H111完全再结晶状态时,组织呈等轴晶状,立方织构达到最大值。