二次铝灰烧结制备钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料

以再生铝行业二次铝灰为主要原料,开展二次铝灰烧结制备钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料的研究。热力学计算表明,二次铝灰添加氧化钙和氧化镁,理论上可以制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料。结果表明,当二次铝灰、氧化钙和氧化镁质量分数依次为70.80%、18.58%和10.62%,在1100~1500℃范围内,均能制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料;随烧结温度升高,钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料纯度和结晶度明显提高,抗压强度呈升高趋势,显气孔率呈下降趋势。当烧结温度为1500℃时,所制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料显气孔率和抗压强度分别为33.87%和40.18 MPa。     

采用铝灰和粉煤灰合成Sialon粉

以铝灰、粉煤灰和碳黑为主要原料,采用碳热铝热复合还原氮化工艺制备了Sialon粉体.研究了原料组成(Si/Al比分别为1.5、1和0.27)、碳黑含量(分别为10%、17%、22%和27%)以及合成反应温度(分别为1400, 1450, 1500 ℃)对生成物相的影响.结果表明,合成温度为1450 ℃,可以得到较纯的物相;随着还原剂碳黑含量的增加,使还原氮化反应进行的更为充分;在原料中Si/Al比为1时,加入17%的碳黑可以得到主要物相为Si_3Al_3O_3N_55(β-Sialon,z=3)和SiAl_4O_2N_4(15R)的产物;在原料中Si/Al比为1.5时,即加入80%的粉煤灰,在1450 ℃可以制备较纯的Si_3Al_3O_3N_5粉.     

结合剂对刚玉-尖晶石质中间包挡渣墙性能的影响

以特级矾土、棕刚玉、电熔白刚玉、镁铝尖晶石、SiO_2微粉、α-Al_2O_3微粉为主要原料,添加分散剂和钢纤维等外加剂,制备了刚玉-尖晶石质中间包挡渣墙试样。研究了结合剂ρ-Al_2O_3和ρ-Al_2O_3-铝酸钙水泥对刚玉尖晶石质挡渣墙性能的影响。结果表明:在以ρ-Al_2O_3结合的挡渣墙中,当ρ-Al_2O_3加入量为3%时各项性能较为优异,试样的物相主要是刚玉相、镁铝尖晶石相以及微量的钙黄长石相;在以ρ-Al_2O_3-铝酸钙水泥复合结合的挡渣墙浇注料中,随着水泥引入量增加,试样各项常规性能变好。通过XRD物相分析,水泥加入量达到1.5%以后逐渐出现了CA6高温相,提高了其高温性能,同时,水泥的引入并没有增加钙铝黄长石相;对两种结合体系抗渣侵蚀表现较好的试样进行SEM分析其侵蚀机理,水泥加入量为1.5%时抗渣侵蚀和渗透性能最佳。     

电炉整体大炉门砖的研制应用

以刚玉和镁铝尖晶石为主要原料,采用超微粉技术制成整体大炉门砖,代替循环水冷却的大炉门水套,试验了添加SiC超细粉和Cr2O3、ZrO2、Al2O3等不同氧化物超细粉的大炉门砖性能,试验结果表明,以刚玉和镁铝尖晶石为原料制得的复合浇注料生产的大炉门砖,具有较高的耐火度和抗浸蚀能力,使用寿命较高;加入Cr2O3、α-Al2O3超细粉具有明显的提高材料性能的作用。     

高炉渣对Sialon-SiC-Al2O3复相耐火材料的侵蚀行为

研究了高炉渣对Sialon-SiC-Al2O3复相耐火材料的侵蚀行为,结合渣侵蚀后试样的显微结构研究得到复相材料有好的抗高炉渣渗透能力.富SiC的Sialon-Al2O3-SiC复相耐火材料的渣侵蚀产物为透辉石、钙长石和玻璃相,其渣侵蚀机理为氧化-渣蚀-剥落.富刚玉的Sialon-Al2O3-SiC复相耐火材料的炉渣侵蚀产物为钙长石、镁铝尖晶石和玻璃相,刚玉颗粒与渣中的MgO反应生成镁铝尖晶石并拌有体积膨胀,使得镁铝尖晶石反应层结构疏松而被炉渣溶蚀,其炉渣侵蚀机理为氧化-渣蚀-溶解.     

真空冷冻干燥法制备纳米尖晶石

以硝酸盐为主要原料,采用共沉淀法和真空冷冻干燥技术,制备了镁铝混合氢氧化物和纳米级镁铝尖晶石超细粉体,分析了共沉淀产物的热分解过程,标定了不同温度处理后试样的物相组成,确定了纳米镁铝尖晶石的形成温度和煅烧条件,观察了试样煅烧前后显微形貌变化,测试了试样的比表面积.结果表明控制适当的溶液pH值,用硝酸盐共沉淀和真空冷冻干燥法可制得粒径小、比表面积大的镁铝混合超细粉体,且其经600℃处理后即开始转化成尖晶石,经1 000℃处理后已全部转变成粒径为50 nm左右的纳米尖晶石,尖晶石化温度比传统的固相反应合成法低450℃～550℃.     

铝热还原法合成TiN/刚玉复合陶瓷的研究

以金属铝粉和钛白粉为原料,在流动氮气和匣钵埋碳保护气氛下采用铝热还原氮化法制备了TiN/刚玉复合陶瓷.采用XRD,SEM和TEM等分析手段,研究了铝热还原氮化法制备TiN/刚玉复合陶瓷在不同气氛和温度下的物相组成、晶格常数、显微结构.研究结果表明:在流动氮气和埋碳气氛下铝热还原法均可以制备TiN/刚玉复合陶瓷;处理温度和气氛明显影响着铝热反应的程度及产物的形貌,在埋碳条件下处理后的产物中TiN含量、晶粒大小、晶格常数明显低于流动氮气氛下处理产物中上述各项值.热力学计算发现埋碳条件下铝除参与铝热还原反应外,还与碳粉床中氧发生反应,导致参与铝热反应的金属铝不足,造成产物中有剩余的金红石存在.     

铝热还原法合成TiN／刚玉复合陶瓷的研究

以金属铝粉和钛白粉为原料，在流动氮气和匣钵埋碳保护气氛下采用铝热还原氮化法制备了TiN／刚玉复合陶瓷。采用XRD-SEM和TEM等分析手段，研究了铝热还原氮化法制备TiN／刚玉复合陶瓷在不同气氛和温度下的物相组成、晶格常数、显微结构。研究结果表明：在流动氮气和埋碳气氛下铝热还原法均可以制备TiN／刚玉复合陶瓷；处理温度和气氛明显影响着铝热反应的程度及产物的形貌，在埋碳条件下处理后的产物中TiN含量、晶粒大小、晶格常数明显低于流动氮气氛下处理产物中上述各项值。热力学计算发现埋碳条件下铝除参与铝热还原反应外，还与碳粉床中氧发生反应，导致参与铝热反应的金属铝不足，造成产物中有剩余的金红石存在。     

炼铁合金感应炉用Al2O3基复合耐火材料的研究

以刚玉和电熔镁砂为原料,采用干式捣打法制得了含镁铝尖晶石的复合耐火材料,探讨了添加Cr2O3,粉及ZrO2粉对材料性能的影响,XRD结果表明,产物的物相组成为MA,采用静态侵蚀法对试样进行抗侵蚀试验.结果表明,以刚玉和电熔镁砂为原料制得的复合材料,具有较高的耐压强度和抗侵蚀能力;添加Cr2O3粉比添加ZrO2粉具有明显的提高材料性能的效果.     

富铝镁铝尖晶石质耐火材料的抗碱侵蚀性能

分别选用富铝78镁铝尖晶石(AR78)材料、富铝90镁铝尖晶石(AR90)和铬铁矿材料为原料制备耐火材料试样,采用碱蒸气法测试其抗碱侵蚀性能。通过XRD和SEM等方法,分析研究了碱蒸气对试样的侵蚀机制。结果表明,碱侵蚀后试样的耐压强度均大幅下降,其中铬铁矿材料的强度下降高达85.21%,AR78材料的强度下降54.02%,AR90材料的强度下降最低,为52.72%。通过显微结构观察分析可知,AR90材料和AR78材料中K元素的渗透较轻,铬铁矿材料中K元素的渗透严重。主要原因是由于富铝尖晶石固溶体及其微粉促进材料烧结,而铬铁矿材料本身难以烧结,且渗透进入材料中的K与刚玉相反应生成β-Al_2O_3、与基质中的(Mg,Fe)(Cr,Al)_2O_4反应生成K2CrO_4,均伴随较大的体积膨胀。     

铝灰处理工艺研究

铝熔炼过程中产生的铝灰含铝量大约在45%-50%,有很高的利用价值。通过实验证明了通过铝灰热处理、球磨、中频炉熔炼等工艺,可回收铝灰中大部分金属铝,并将低含铝量的铝灰做成电解铝用阳极钢爪保护环,使铝灰循环利用,充分开发了铝灰的价值,减少了铝灰对环境的污染,并收到了较好的经济效益。     

B_4C粒度配比对B_4C-Al复合材料显微组织与力学性能的影响

在B_4C预烧体中真空熔渗铝制备B_4C-Al复合材料,研究不同粒度配比对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:B_4C-Al复合材料主要由B_4C、Al、AlB_2和Al_3BC等相组成;随着细颗粒B_4C(d_(50)=1 μm)含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当细颗粒B_4C含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.08%、71.7、505.8 MPa和6.41 MPa·m~(1/2);延性铝的加入和细颗粒B_4C的增加是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加.     

铝灰中铝资源回收工艺现状与展望

铝灰是铝工亚一种重要的副产品,其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1%～12%.回收铝灰中的铝资源能降低成本、保护环境、节约能源和提高资源利用率,有着巨大的经济和社会效益.本文总结了铝灰的来源、分类和组成,综述了铝灰中回收金属铝的回收工艺和利用铝灰合成材料工艺,展望了铝灰回收工艺的发展前景,提出了相关建议.     

生理盐水润滑下PEEK/WK复合材料的摩擦学性能

为研究生理盐水润滑条件下碳酸钙晶须含量、载荷大小、滑动速度因素对PEEK/CaCO3复合材料摩擦学性能的影响规律,并考察复合材料的摩擦学稳定性,在自制改性偶联剂处理晶须表面的基础上制备了PEEK/CaCO3复合材料,利用MMW1A立式万能摩擦磨损试验机对复合材料的摩擦学性能进行测试,用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌进行扫描分析表征。结果表明,晶须含量对复合材料摩擦学性能影响明显,在0.9%的生理盐水润滑条件下PEEK/CaCO3复合材料随着晶须含量的增加,摩擦因数及比磨损率均呈现先减小后增大现象;当晶须质量分数为15%左右时,复合材料的摩擦因数达到最低值,同时比磨损量相对最低,复合材料与摩擦副的磨合过程相对平稳,具有较好的摩擦学性能,表现为粘着腐蚀磨损特征。外加载荷、滑动速度增大,材料的摩擦因数增大,比磨损率增加。     

TiB2含量对B4C-TiB2-Al复合材料组织与力学性能的影响

通过在B4C-TiB2预烧体中真空熔渗Al制备了B4C-TiB2-Al复合材料,研究了TiB2含量对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明: B4C-TiB2-Al复合材料主要由B4C,TiB2,Al和Al3BC等相组成;随着TiB2含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当TiB2含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.32%,80.3,559.4 MPa和7.83 MPa·m1/2;延性Al的加入,裂纹的偏转和分叉、B4C和TiB2晶粒的细化以及B4C基体和TiB2晶粒热膨胀的不匹配,是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加.     

搅拌摩擦加工制备纳米RE/Al2O3增强铝基复合材料

铝基复合材料因其优异的物理性能及机械性能已得到广泛应用.文中通过在2219-O铝合金内部添加不同比例的RE/Al₂O₃纳米粉末,利用搅拌摩擦加工技术,制备铝基复合材料.并对搅拌区进行金相、拉伸、硬度、SEM,EDS和XRD等试验.结果表明,搅拌区金属在搅拌头强烈的搅拌摩擦作用下发生显著的塑性变形和连续动态再结晶,形成细小的等轴晶粒,并具有明显的洋葱环组织.复合材料的抗拉强度为母材的163%、屈服强度为母材的195%,同时硬度也明显增加.但是不同稀土比例对金属基复合材料的组织形貌和力学性能影响不大.大块复合材料制备过程粉末添加及隧道型缺陷的控制是关键.     

Microstructural Characterization and Tensile Behavior of Rutile(TiO_2)-Reinforced AA6063 Aluminum Matrix Composites Prepared by Friction Stir Processing

Rutile(TiO_2) particle-reinforced aluminum matrix composites were prepared by friction stir processing. The microstructure was studied using conventional and advanced characterization techniques. TiO_2 particles were found to be dispersed uniformly in the composite. Clusters of TiO_2 particles were observed at a higher particle content of 18 vol%. The interface between the TiO_2 particle and the aluminum matrix was characterized by the absence of pores and reactive layer.Sub-grain boundaries, ultra-fine grains and dislocation density were observed in the composites. TiO_2 particles improved the mechanical properties of the composites. However, a drop in tensile strength was observed at a higher particle content due to cluster formation. All the prepared composites exhibited ductile mode of fracture.     

Ion exchange at a metal–ceramic interface

We present the results for an interfacial reaction between magnesium aluminate spinel and aluminum metal at 640 °C which, for the first time, show the occurence of ion exchange at a metal–ceramic interface. The exchange reaction occurs by the diffusion of magnesium and aluminum ions across the interface in opposite directions. The enrichment of the spinel in aluminum cations, and the metal in magnesium is confirmed by the appearance of phases of aluminum oxide and magnesium–aluminum intermetallics in the X-ray diffraction spectra. Electron spectroscopic images of spatial elemental distribution provide further evidence for the reaction. A drop in the thermal and electronic conductivities are explained by enhanced scattering of the electrons by solid solution Mg in the aluminum metal. The experiments were carried out on composites consisting of an aluminum matrix with a fine dispersion of spinel particles, whose size was varied while the volume fraction was held constant. Measurable ion exchange reaction was seen only in the composites containing the smaller (one micrometer size) particles. The influence of surface to volume ratio of the particles on the reaction rate confirms that the reaction was interface controlled. The possibility of a nucleation and growth process for the conversion of spinel into alumina and solid solution magnesium was ruled out by quantitative thermodynamic analysis.     

铝灰渣中AlN水解行为及其多元非线性回归分析

通过对铝灰渣水解反应过程中组分及其含量变化的研究,提出铝灰渣中AlN含量的修正公式;根据AlN含量和悬浊液pH值的测定,考察时间、温度、转速等水解参数对AlN水解速率的影响并对其进行多元非线性回归分析。结果表明:升高温度能降低铝灰渣中AlN含量并降低悬浊液pH值;延长时间可有效促进AlN的水解,同时在2h内悬浊液pH值迅速提升至高位;转速对AlN水解速率和悬浊液pH值无明显影响。总体而言,AlN含量比悬浊液pH值更能客观表征铝灰渣中AlN水解速率。对水解参数及修正后铝灰渣中AlN含量进行多元非线性回归分析并二次简化,发现理论值与实验值相对误差≤±8.65%。     

Casting fabrication of in situ Al3Ti-Al composites and their wear behaviors

The Al3li intermetallic reinforced pure Al, Al-13Si and Al-17Cu matrix composites were prepared by casting method. Their microstructures and dry sliding wear behaviors at room temperature and 100℃ were particularly investigated. The results indicated that the Al3Ti phases in these composites were all in flaky form. But the aspect ratio of the Al3Ti platelets decreased with the increase of Ti content in the pure AI, Al-Cu and Al-Si matrix composites, in order of effectiveness. The effect of Si on the Al3Ti morphology seemed to be greater than that of Cu. The distributions of the Al3Ti platelets were different in the different matrix composites, leading to different grain refining effects. Except for the sub-wear regime of adhesive wear, the plastic deformation induced wear was a dominant wear mechanism for all of the composites at room temperature and 100℃. Increasing the testing temperature, decreasing the Al3Ti content or the hardness of materials could enhance these two wear mechanisms, and thus increase the wear rate. The Al-Cu matrix composite had the best wear resistance, while the pure Al matrix composite showed the worst for the same Ti content. These differences or changes were attributed to the differences in materials' hardness or the strengthening effects of the Al3Ti platelets.