铝熔体中杂气关系及排杂净化熔剂润湿行为的分子动力学模拟与试验
发布时间：2020-03-29 23:48
【摘要】：本文主要根据铝熔体中杂气关系的分子动力学模拟与试验研究,以及熔剂与铝熔体中氧化铝及与铝熔体的润湿行为的分子动力学模拟和废铝屑在熔剂中熔化过程的聚集试验,结合熔剂相图分析以及排杂熔剂的设计要求,设计出适用于废铝再生的排杂净化熔剂,应用于A356铝合金熔体的排杂净化处理。主要研究结果如下:(1)对铝熔体中的杂气关系的分子动力学模拟表明,铝熔体中A1203含量和温度对氢扩散行为的影响显著。铝熔体中A1203含量和温度共同影响了铝熔体中原子的有序排列和空位的形成,进而影响氢的聚集与扩散行为。在一定范围内,铝熔体中A1203含量越高,H-H的RDF曲线第一峰对应的极值越大,配位数越大,氢的聚集程度越高。铝熔体中温度越高,氢的扩散速率不断增大,H-H的RDF曲线第一峰对应的极值不断减小,配位数也不断减小,氢的聚集程度越小。空位一方面增加氢在铝熔体中的扩散通道,一方面对氢具有束缚作用,因此空位对氢的扩散行为的影响是这两个因素相互作用的结果。分子动力学模拟所形成的空位可认为类似于Al2O3空间结构中的“窗”结构,成为吸附氢,阻碍氢扩散的原因,并使之成为氢气孔形核的基底。(2)杂气关系试验结果表明,随A356铝合金熔体中A356铝屑加入量的增加,凝固样孔隙率增大,氧化夹杂物含量增加,试样抗拉强度度降低,且在试样金相形貌及断口形貌中发现气孔周围存在着氧化夹杂物,进一步表明了气孔是依附于杂上形成的,铝熔体中杂气是相互依存和作用的。这与铝熔体中杂气关系的分子动力学模拟结果是相吻合的。(3)在本课题组前期试验研究结果基础上,选择了(CaF2+AlF3+Na3AlF6)共晶成分为辅助组元,并以等摩尔NaCl+KCl为基础组元,采用分子动力学模拟分析不同辅助组元含量下熔剂与铝熔体中氧化铝及铝熔体的润湿行为。熔剂与铝熔体中氧化铝及与铝熔体的分子动力学模拟结果表明,15%(CaF2+AlF3+Na3AlF6)共晶成分作为辅助组元的熔剂,相比于单一氟化物作为辅助组元的熔剂,其与铝熔体中氧化铝的润湿性最好,且与铝熔体的润湿性较差。A356废铝屑在熔剂中熔化过程的聚集试验结果进一步表明,15%(CaF2+AlF3+Na3AlF6)共晶成分作为辅助组元的熔剂溶解A356废铝屑表面氧化膜的能力最强。(4)本文设计出等摩尔NaCl+KCl熔剂、等摩尔NaCl+KCl(85%)+CaF2(15%)熔剂、等摩尔NaCl+KCl(85%)+AlF3(15%)熔剂、等摩尔NaCl+KCl(85%)+Na3AlF6(15%)熔剂以及等摩尔NaCl+KCl(85%)+Na3AlF6(7.8%)+AlF3(5.7%)+CaF2(1.5%)熔剂,应用于A356铝合金熔体的排杂净化试验。排杂熔剂净化试验结果表明,等摩尔NaCl+KCl(85%)+Na3AlF6(7.8%)+AlF3(5.7%)+CaF2(1.5%)熔剂排杂净化效果最好,除气率到达86.59%,排杂率达到86.42%,抗拉强度达到183.5MPa,相比未经熔剂处理的试样,抗拉强度提高了27.79%。这是因为相比其它排杂熔剂,等摩尔NaCl+KCl(85%)+Na3AlF6(7.8%)+AlF3(5.7%)+CaF2(1.5%)熔剂与铝熔体中氧化铝润湿性最好,溶解氧化铝的能力更强,因此在A356铝合金熔体净化过程中,能够有效吸附并溶解铝熔体中氧化铝,获得较为纯净的铝合金熔体。由此表明分子动力学模拟结果对排杂熔剂的设计意义重大。
【图文】：
１．３铝熔体净化处理技术的研究现状及发展趋势逡逑１．３．１铝熔体净化处理技术的现状分析逡逑铝熔体净化技术按净化原理可分为吸附法和非吸附法，如图１－２所示。逡逑１－静置法逡逑「非吸附}－电ｆ法逡逑起声波法逡逑Ｌ真空法逡逑按净化原，逦厂逡逑理分＂１逦过滤法逦「奶１１逡逑ＡＬＣＯＡ邋５０３逡逑Ｊ熔剂法「}贝担頵棋义希簴苣体澹粒蹋校眨义义希椋牵桑疲渝义细∮畏ㄒ还潭ù灯恚椋睿翦义隙嗫状灯唬模停缅义希倘奂僚缟洌撸樱桑牵停铃义贤迹保猜寥厶寰换际酰ò丛矸掷啵╁义希插义，
本文编号：2606690
【图文】：
１．３铝熔体净化处理技术的研究现状及发展趋势逡逑１．３．１铝熔体净化处理技术的现状分析逡逑铝熔体净化技术按净化原理可分为吸附法和非吸附法，如图１－２所示。逡逑１－静置法逡逑「非吸附}－电ｆ法逡逑起声波法逡逑Ｌ真空法逡逑按净化原，逦厂逡逑理分＂１逦过滤法逦「奶１１逡逑ＡＬＣＯＡ邋５０３逡逑Ｊ熔剂法「}贝担頵棋义希簴苣体澹粒蹋校眨义义希椋牵桑疲渝义细∮畏ㄒ还潭ù灯恚椋睿翦义隙嗫状灯唬模停缅义希倘奂僚缟洌撸樱桑牵停铃义贤迹保猜寥厶寰换际酰ò丛矸掷啵╁义希插义，
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