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2019年  第41卷  第2期

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我國銅礦微生物浸出技術的研究進展
尹升華, 王雷鳴, 吳愛祥, 陳勛, 嚴榮富, 齊炎
2019, 41(2): 143-158. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.001
摘要:
回顧了我國微生物浸出技術發展的歷史進程, 總結了我國開展生物浸銅技術的探索與應用進程, 介紹了紫金山銅礦、德興銅礦兩個典型的生物浸銅案例; 探討了浸礦細菌分離、鑒定與富集, 生物浸出機理與界面反應, 浸出體系多級滲流行為, 孔隙結構重構與定量化, 浸出體系多場耦合與過程模擬, 電子廢棄物中的銅金屬回收領域的主要進展.最后, 結合生物浸銅技術的當前進展, 闡述了生物浸銅技術面臨的環保、安全等方面的挑戰與未來發展趨勢, 為今后該領域的研究提供良好借鑒.
金屬增材制造技術的關鍵因素及發展方向
李昂, 劉雪峰, 俞波, 尹寶強
2019, 41(2): 159-173. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.002
摘要:
金屬增材制造技術是一種短流程、近終形的新型材料成形技術.在金屬增材制造技術中, 設備是載體, 材料是關鍵, 工藝是基礎, 三者是影響金屬增材制造技術發展的關鍵因素.本文通過對具有代表性的金屬增材制造技術的特點進行總結, 分析了設備、材料和工藝之間的關系以及三者在金屬增材制造技術中的重要作用; 綜述了金屬增材制造設備的原料供給系統、成形系統和控制系統的研究現狀; 總結了金屬增材制造材料中鈦合金、鎳合金、鋁合金和鋼鐵材料的典型組織特點和力學性能; 論述了金屬增材制造工藝參數對殘余應力、孔洞、精度和組織的影響; 指出了目前金屬增材制造技術在設備方面存在設備成本高、產品成形尺寸受限、成形效率低等問題, 在材料方面存在生產成本高、適用性差等問題, 在工藝方面存在參數匹配困難、熱積累嚴重等問題; 從降低設備和材料成本、擴大產品成形尺寸范圍、提高產品精度和成形效率、拓展材料種類和適用范圍、減少工藝參數匹配難度、提升產品質量及綜合性能、開發金屬增材制造新技術方面展望了金屬增材制造技術的發展方向.
碳酸鈉對白鎢礦自載體浮選的影響及機理
王紀鎮, 印萬忠, 孫忠梅
2019, 41(2): 174-180. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.003
摘要:
-10 μm白鎢礦的浮選回收率低, 導致大量白鎢礦損失于尾礦中, 造成資源浪費, 而載體浮選是提高-10 μm白鎢礦回收率的有效方法之一.根據粒級以及粒級組成對白鎢礦浮選的影響, 通過浮選試驗、理論計算和儀器檢測等方法研究了-10 μm細粒級白鎢礦的自載體浮選, 同時研究了載體比例、載體含量和碳酸鈉對白鎢礦自載體浮選的影響.研究結果表明, 油酸鈉為捕收劑時, 在合適的載體粒度和載體比例下, 自載體浮選是提高-10 μm白鎢礦回收率的有效方法, 碳酸鈉可強化白鎢礦的自載體浮選, 擴大載體比例和載體粒度范圍.機理研究表明, 白鎢礦
高堿度燒結礦礦相結構分布模式及形成機理
陳前沖, 韓秀麗, 劉磊
2019, 41(2): 181-189. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.004
摘要:
基于燒結礦的非均性, 發現了礦相結構的三種分布模式, 并對礦相結構的形成機理進行了闡述.首先, 基于燒結礦的手標本鑒定特征把某鋼廠燒結礦劃分成了三類.其次, 對礦相結構的鑒定發現, 第1類、第2類、第3類這三類燒結礦的礦相結構在空間上依次具有"均一狀、同心環狀、互嵌狀"三種分布模式.均一狀分布的礦相結構形成于溫度較高、還原性較強和混料均勻的穩定條件之中, 主要為交織熔蝕-熔蝕結構, 具有良好的冶金性能; 同心環狀分布的礦相結構從外部帶到內部帶依次為交織熔蝕結構、熔蝕結構和赤鐵礦粒狀結構, 多以獨立單元的形式出現, 其所在區域工藝條件的惡化并不會對燒結礦總體的結構和冶金性能造成太大影響; 交織熔蝕結構、赤鐵礦粒狀結構和鐵酸鈣聚集區交叉形成的互嵌狀礦相結構, 多形成于溫度較低、氣流不穩定和混料不均勻的條件之中, 易成片出現而導致燒結礦結構和冶金性能的惡化.最后, 冶金性能分析顯示, 第1、2類燒結礦各項冶金性能指標良好, 具有互嵌狀分布模式的第3類燒結礦由于礦相結構的不均勻, 冶金性能相對較差.結果表明, 這種基于礦相結構分布模式的研究方式, 有利于對礦相結構形成機理的闡述, 更助于對燒結原料、燒結氣氛等工藝條件的調控, 對燒結礦冶金性能的改善具有一定理論價值.
高爐爐缸含鈦保護層物相及TiC0.3N0.7形成機理
焦克新, 張建良, 劉征建, 王廣偉
2019, 41(2): 190-198. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.005
摘要:
基于高爐破損調查取樣分析, 借助X射線熒光分析、X射線衍射分析、電子探針分析、掃描電子顯微鏡結合能譜分析等手段分析了高爐爐缸、爐底不同部位形成的含鈦保護層化學成分、物相組成和微觀形貌, 并建立正規溶液熱力學模型對Ti (C, N)形成的熱力學條件進行分析, 然后針對高爐的實際工況, 明晰高爐爐缸TiC0.3N0.7形成的條件.結果表明, 高爐爐缸側壁最薄處炭磚殘余厚度僅為200 mm; 爐缸爐底炭磚表面普遍存在含鈦保護層, 保護層平均厚度在300~600 mm左右, 高爐爐缸不同部位形成的保護層中Ti(C, N)主要以TiC0.3N0.7形式存在, 并與Fe相聚集在一起.Ti (C, N)固溶體實際混合摩爾生成吉布斯自由能顯著低于標準混合摩爾生成吉布斯自由能和理想混合摩爾生成吉布斯自由能.在不同溫度條件下, TiC和TiN在固溶體中存在的比例不同, 高溫時以析出TiC為主, 低溫時以析出TiN為主.Ti (C, N)固溶體的形成與高爐熱力學狀態條件直接相關, TiC0.3N0.7在該高爐爐缸中的形成溫度為1423℃.
連鑄流動與凝固耦合模擬中糊狀區系數的表征及影響
李少翔, 張曉萌, 李亮, 蘭鵬, 唐海燕, 張家泉
2019, 41(2): 199-208. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.006
摘要:
分析提出了連鑄流動與凝固耦合數值模擬中, 鋼液在兩相區流動時的糊狀區系數(Amush)與滲透率的關系; 通過建立大方坯連鑄結晶器三維耦合數值模型, 揭示了不同糊狀區系數對鋼液流動、傳熱與凝固進程的影響, 以及早期相關研究結果差異的源頭.結果表明: 糊狀區系數越大, 鋼液在糊狀區內的流動阻力越強, 凝固時鋼液流動速度降低越快.采用較大的糊狀區系數時, 糊狀區呈較窄的"帶狀"分布在固液相之間; 當糊狀區系數較小時, 糊狀區范圍變大, 鋼液在結晶器內溫降過快, 自由液面處出現過冷現象, 凝固坯殼局部發生重熔.結合實驗數據驗證與模型分析, 認為糊狀區系數取值1×108~5×108 kg·m-3·s-1可以較可靠地揭示連鑄結晶器內的實際凝固現象.
新型粉末高溫合金多火次等溫鍛造過程中晶粒細化機制
侯瓊, 陶宇, 賈建
2019, 41(2): 209-215. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.007
摘要:
為探索多火次等溫鍛造對新型粉末高溫合金晶粒細化的影響, 本文對實驗合金進行了每火次變形量40%左右的三火次等溫鍛造, 采用商用有限元軟件DEFORM 2D模擬鍛造過程中的等效應變分布圖, 采用電子背散射衍射技術對各火次后的鍛坯進行顯微組織觀察和分析.研究表明: 等溫鍛造過程中, 鍛坯軸向剖面大致分為三個區域, 位于上、下兩端面附近的Ⅰ區變形量最小, 位于兩側附近的Ⅱ區次之, 位于剖面中心的Ⅲ區變形程度最大.經過三火次等溫鍛造后, 鍛坯Ⅱ、Ⅲ區再結晶充分, 獲得等軸細晶組織, 平均晶粒尺寸2~3 μm.然而Ⅰ區形成再結晶不完全的"項鏈"組織, 在變形晶粒周圍分布大量細小的再結晶晶粒, 變形晶粒內小角度晶界含量較多, 位錯密度較高.通過對三火次后的鍛坯進行合適的熱處理, Ⅰ區"項鏈"組織得到細化, Ⅱ、Ⅲ區組織發生晶粒長大, 整個盤坯為較均勻的細晶組織, 平均晶粒尺寸為6~8 μm.
吡咯/炭黑氧化物復合氧陰極材料的制備及催化性能
孫珊, 劉桎東, 刁鵬
2019, 41(2): 216-223. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.008
摘要:
氧還原反應(ORR) 是堿性燃料電池和金屬-空氣電池的重要陰極反應.由于常見的鉑基氧陰極材料存在價格昂貴、穩定性較低等問題, 因此, 開發低成本、高效率的非貴金屬基氧陰極材料具有重要的研究意義和應用價值.氮摻雜碳材料是目前氧陰極材料研究的熱點, 炭黑中碳原子的排列方式類似于石墨, 由于其價格低廉、來源廣泛, 在碳材料的研究中具有獨特的優勢.本文基于炭黑, 采用化學法制備了氮摻雜炭黑氧陰極材料, 研究了其氧還原反應催化活性, 并進行了相關表征.結果顯示炭黑-吡咯復合材料具有極好的氧還原反應活性, 700℃熱處理后性能最優, 在1 mol·L-1KOH中其起峰電位約為0. 9 V, 極限擴散電流密度為2. 6 m A·cm-2, 轉移電子數高于3. 5, 這些特性使得這類材料具有廣闊的應用前景.
非晶半導體薄膜用Te系化合物靶材制備
潘興浩, 儲茂友, 王星明, 劉宇陽, 白雪, 桂濤, 張朝
2019, 41(2): 224-229. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.009
摘要:
采用真空熔煉法, 經急冷和緩冷兩種不同冷卻條件制備了Te系化合物TeAsGeSi合金粉體.通過X射線衍射分析, 急冷工藝制備粉體呈非晶態, 緩冷工藝制備的粉體呈晶態, 結晶主相為R-3m空間群的As2GeTe4; 差熱-熱重分析顯示, 升溫至350℃時緩冷粉體As2GeTe4成分熔融, 400℃時兩種粉體均開始快速失重, 為避免制備過程中發生材料熔融及揮發損失, 確定燒結溫度不超過340℃.采用真空熱壓法制備TeAsGeSi合金靶材, 將兩種粉體分別升溫至340℃, 加壓20 MPa, 保溫2 h制備出兩種靶材, 其中緩冷粉體制備的靶材致密度高, 為5. 46 g·cm-3, 達混合理論密度的99. 5%, 形貌表征顯示此靶材表面平整, 孔洞少, 元素分布均勻.
鈀摻雜α-MnO2無溶劑下催化氧化苯甲醇的性能
黃秀兵, 王靜靜, 鄭海燕, 路桂隆, 王鵬
2019, 41(2): 230-237. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.010
摘要:
通過共沉淀和原位煅燒轉化方法, 將Pd摻雜δ-MnO2前驅體煅燒后制備得到Pd摻雜α-MnO2納米棒催化材料.通過氮氣物理吸附、X射線衍射、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、熱重分析、X射線光電子能譜等技術對催化材料進行了表征.掃描電鏡和透射電鏡結果顯示, α-MnO2納米棒表面沒有明顯的Pd納米顆粒, 表明Pd可能摻雜到α-MnO2晶格中.純α-MnO2的還原溫度在390℃左右, 但Pd摻雜可以極大地促進α-MnO2還原, 還原溫度可低至約200℃左右.研究了所制備催化劑在無溶劑條件下對于以分子氧為氧化劑選擇性催化氧化苯甲醇為苯甲醛的催化性能.結果表明: 在無溶劑及用純氧氣為氧化劑條件下, Pd摻雜α-MnO2納米棒對苯甲醇氧化顯示出增強的催化活性; 所摻雜的氧化態Pd物質可增強催化材料中的氧遷移率; 在這些Pd摻雜α-MnO2催化材料中, 當以Pd (3%, 質量分數) -MnO2為催化劑時, 在110℃反應4 h后, 苯甲醇的轉化率為39%, 遠高于同條件下以純α-MnO2為催化劑時18. 3%的苯甲醇轉化率.
醫用鎳鈦合金的制備與熱壓縮變形行為
王臻, 徐效文, 王快社, 王文
2019, 41(2): 238-245. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.011
摘要:
采用真空感應熔煉法制備了醫用Ti-50. 7%Ni合金(原子數分數), 測試了鑄態合金的成分、相變點、微觀組織和硬度, 并采用Gleeble-3800熱模擬實驗機在變形溫度750~950℃、應變速率0. 001~1 s-1, 應變量為0. 5的條件下對Ni-Ti合金進行高溫壓縮變形, 分析其流動應力變化規律, 建立了高溫塑性變形本構關系和熱加工圖.結果表明: 當變形溫度減小或應變速率增大時, Ni-Ti合金的流動應力會隨之增大.應變速率為1 s-1時, 合金的真應力-真應變曲線呈現出鋸齒狀特征.根據熱加工圖, 獲得了Ni-Ti合金的加工安全區和流變失穩區, 進而確定其合理的熱變形溫度范圍為820~880℃, 真應變速率低于0. 1 s-1.從而為制定鎳鈦合金的鍛造工藝參數提供理論和數據基礎.
Mn對2205雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響
鄭建超, 潘超, 張建濤, 付少鵬, 林平, 胡曉軍
2019, 41(2): 246-253. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.012
摘要:
研究錳元素對2205雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響, 錳質量分數的變化范圍為0. 93%~1. 26%.分別采用化學腐蝕法、動電位極化法研究雙相不銹鋼2205的耐腐蝕性能, 采用夾雜物自動分析技術研究錳對鋼中夾雜物種類及數量的影響, 通過掃描電鏡、能譜及夾雜物原位分析法觀察化學腐蝕及電化學腐蝕前后鋼中夾雜物及其周圍鋼基體的變化情況.采用電感耦合等離子體發光光譜測定腐蝕產物的成分.研究結果表明, 不同類型的夾雜物對耐腐蝕性能的影響不同, (Mn、Si) 氧化物以及(Mn、Si、Cr) 氧硫化物在腐蝕液中更易溶解進而促進腐蝕, 而(Cr、Mn、Al) 氧化物卻很穩定.錳的加入會促進鋼中(Cr、Mn、Al) 夾雜的析出, 此類夾雜物不僅自身很容易被含Cl離子的溶液腐蝕, 而且作為點蝕的起始點, 促進了點蝕坑的形成, 加快了基體腐蝕, 最終導致不銹鋼耐點蝕性能的下降.
應力比對TC4鈦合金超高周疲勞失效機理的影響
杲寧, 李偉
2019, 41(2): 254-260. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.013
摘要:
采用頻率為100 Hz的電磁諧振疲勞試驗機進行疲勞拉伸試驗, 研究了兩種應力比(R=0. 1和-1) 對TC4鈦合金的超高周疲勞失效機理的影響.結果表明, 兩種應力比下的S-N曲線都呈現"雙線"型, 但各自表示的意義及失效機理不同.當R=0. 1時, TC4鈦合金的疲勞失效形式有兩種, 即由加工缺陷誘發的表面失效和內部魚眼失效, 這兩種失效形式都伴隨著顆粒平面(Facet) 出現; 而當R=-1時, 僅存在表面失效, 且無Facet的出現.基于斷裂力學的討論可知, 在正應力比及真空環境下, 對應小裂紋擴展的門檻值更低, 更有利于裂紋擴展及Facet的形成. TC4鈦合金的整個內部疲勞失效過程及機理可解釋為: (1) 滑移線或滑移帶在部分α晶粒上的出現; (2) 微裂紋的萌生和接合; (3) 顆粒亮區(GBF) 的形成; (4) 魚眼的形成; (5) 魚眼外的失穩裂紋擴展; (6) 最終的瞬時斷裂.
基于捷徑重試規則晶圓帶式搬運系統性能優化
周炳海, 陳立揚
2019, 41(2): 261-268. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.014
摘要:
開口管樁由于其承載力高、質量可靠、施工方便等優點得到越來越廣泛的應用.土塞的生成使得開口管樁沉樁阻力不同于閉口管樁, 不僅包括樁外側摩阻力、樁端阻力, 樁內側摩阻力亦是其重要組成部分.針對開口管樁沉樁受力特性, 采用自主研發的大尺度模型試驗裝置, 進行不同樁靴形式下開口管樁的貫入試驗, 并與閉口管樁進行對比分析.研究表明, 開口管樁隨沉樁深度的增加趨于閉塞, 沉樁阻力隨沉樁過程基本呈線性增加, 樁內、外側單位摩阻力均存在“側阻退化”效應; 樁體貫入時樁周地表隆起量隨徑向距離增加逐漸減小, 隆起速率隨沉樁深度增加逐漸變緩, 樁周土影響范圍約為5 ~ 7倍樁徑; 樁靴對開口管樁土塞生成、沉樁阻力和擠土效應均有重要影響, 內30°樁靴土塞生成高度、樁內側摩阻力及其所占總沉樁阻力比例最大, 樁周土地表隆起量最小, 外30°樁靴與內30°樁靴情況相反, 直角樁靴居中; 閉口管樁沉樁阻力、外側摩阻力與擠土程度均大于開口管樁.
開口管樁貫入特性的大尺度模型試驗
劉俊偉, 王立忠, 朱娜, 張春巍, 趙國曉
2019, 41(2): 269-277. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.015
摘要:
開口管樁由于其承載力高、質量可靠、施工方便等優點得到越來越廣泛的應用.土塞的生成使得開口管樁沉樁阻力不同于閉口管樁, 不僅包括樁外側摩阻力、樁端阻力, 樁內側摩阻力亦是其重要組成部分.針對開口管樁沉樁受力特性, 采用自主研發的大尺度模型試驗裝置, 進行不同樁靴形式下開口管樁的貫入試驗, 并與閉口管樁進行對比分析.研究表明, 開口管樁隨沉樁深度的增加趨于閉塞, 沉樁阻力隨沉樁過程基本呈線性增加, 樁內、外側單位摩阻力均存在"側阻退化"效應; 樁體貫入時樁周地表隆起量隨徑向距離增加逐漸減小, 隆起速率隨沉樁深度增加逐漸變緩, 樁周土影響范圍約為5~7倍樁徑; 樁靴對開口管樁土塞生成、沉樁阻力和擠土效應均有重要影響, 內30°樁靴土塞生成高度、樁內側摩阻力及其所占總沉樁阻力比例最大, 樁周土地表隆起量最小, 外30°樁靴與內30°樁靴情況相反, 直角樁靴居中; 閉口管樁沉樁阻力、外側摩阻力與擠土程度均大于開口管樁.
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