【摘 要】
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本文主要围绕铝熔体中杂质Fe的扩散行为和熔剂与铝熔体中Al2O3及与铝熔体的润湿行为进行分子动力学模拟研究,并结合熔剂对ZL108铝合金熔体净化处理的试验研究,旨在探讨熔体净化处理对铝熔体中杂质Fe扩散和聚集的影响规律,以及对合金组织和性能的影响规律,为熔剂的选择提供依据,在此基础上进一步分析合金组织中Al2O3夹杂和杂质Fe的关系,为实际生产提供理论和实践依据。主要研究结果如下:(1)Al2O3
【基金项目】
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福建省自然科学基金项目(2017J01156); 福州大学横向课题项目(0180-1623);
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本文主要围绕铝熔体中杂质Fe的扩散行为和熔剂与铝熔体中Al2O3及与铝熔体的润湿行为进行分子动力学模拟研究,并结合熔剂对ZL108铝合金熔体净化处理的试验研究,旨在探讨熔体净化处理对铝熔体中杂质Fe扩散和聚集的影响规律,以及对合金组织和性能的影响规律,为熔剂的选择提供依据,在此基础上进一步分析合金组织中Al2O3夹杂和杂质Fe的关系,为实际生产提供理论和实践依据。主要研究结果如下:(1)Al2O3含量和熔体温度是影响杂质Fe在铝熔体中扩散和聚集的重要因素。在熔体温度为700~800℃范围内,Al2O3含量对铝熔体中杂质Fe聚集程度的影响比熔体温度的影响显著。当铝熔体温度一定时,铝熔体中Al2O3含量越多,杂质Fe的聚集程度越高;在相同Al2O3含量的铝熔体中,随着熔体温度升高,杂质Fe的运动能力不断增强,不易在铝熔体中聚集。(2)铝熔体中富铁相的产生必须经过杂质Fe的富集和形核长大的过程,铝熔体中Al2O3夹杂的存在是影响这个过程的主要因素。Al2O3分子破坏了铝熔体中原子的有序排列,从而使铝熔体中产生空位。空位对杂质Fe的吸附作用是造成杂质Fe在铝熔体中富集的原因,而杂质Fe的富集又为其后续依附于Al2O3夹杂上形核长大创造条件。因此,铝熔体中的Al2O3夹杂是影响杂质Fe富集和形核长大的主要因素。(3)熔剂组成和熔体温度是影响熔剂与铝熔体中Al2O3润湿行为的重要因素,在熔体温度为700~800℃范围内,熔体温度对熔剂与铝熔体中Al2O3润湿行为的影响比熔剂组成的影响显著。当铝熔体温度一定时,排杂熔剂与铝熔体中Al2O3的润湿能力及与铝熔体的分离能力比常规熔剂好,随着熔体温度升高,常规熔剂和排杂熔剂与铝熔体中Al2O3的润湿效果逐渐提高,但两者与铝熔体的润湿程度无明显区别,几乎均不与铝熔体润湿。(4)排杂熔剂组成中存在较高的碱金属F-离子含量,可能产生更多的自由F-离子与Al2O3中的O2-离子发生易位,生成中间态铝氧氟络合离子,促进Al2O3的溶解并降低熔体的粘度,促使吸附氧化夹杂物的熔剂球状化,使其易从铝熔体中分离出来。此外,排杂熔剂中少量的碳酸盐和硫酸盐也可增强熔剂的流动与分散,改善夹杂物的扩散条件,使夹杂物能够扩散进入熔剂层而与熔剂进行充分接触,从而提高了熔剂的排杂能力,因此排杂熔剂的净化效果比常规熔剂好。(5)合金中的含杂量是影响杂质Fe生长行为的重要因素,铝熔体纯净度越高,杂质Fe在铝熔体中越难以富集,形成有害合金力学性能的富铁相的可能性就越小。未处理的合金中含杂量较高,能够促使铝熔体中杂质Fe的富集,容易形成有害合金力学性能的富铁相,因此合金的力学性能较差;排杂熔剂处理后的合金中含杂量较低,杂质Fe难以在铝熔体中富集,不易形成有害合金力学性能的富铁相,因此合金表现出了较好的力学性能。
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