铝合金杂质元素铁和钙的无害化研究

发布时间：2017-09-17 16:13

  本文关键词：铝合金杂质元素铁和钙的无害化研究

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【摘要】：铝合金中杂质元素种类繁多,尤其是铝合金重熔再生过程中废杂铝成分难以确定,往往会导致铝合金杂质元素含量严重超标,这些杂质元素的存在对铝合金的组织和性能产生诸多不利影响。如何消除铝合金中的杂质元素或降低杂质元素的危害是铝合金高品质再生应用的一个重要研究方向。铁和钙在大多铝合金牌号中都是作为杂质元素存在的,研究消除铁和钙对合金的不利影响具有代表性。本文以A356铝合金中铁、钙元素作为对象,结合理论计算和设计实验,分别引入复合除铁和磷化物除钙新方法,取得了较佳的铝合金除杂效果。针对铁元素的研究,本文复合使用含硼砂熔剂和铝锰中间合金来达到降低铁含量和改变铁相相貌的双重效果。前期实验加入硼砂除铁剂,随着硼砂含量增加铁含量持续降低。在硼砂加入量为1.1%时达到最优,除铁率达到30.6%,之后除铁剂增加,Fe含量基本不变。除铁后合金力学性能得到提升。从成分、组织、性能三个方面分析锰硼复合除铁实验结果发现,铝合金在降铁的基础上,剩余针状β-Fe转变为汉字状或块状a-Fe,进一步提高合金性能。论文得到的锰硼联合除铁的最优方案是1.1%硼砂除钙剂,配合使用锰铁比1.2,此处锰铁比的铁含量为加入硼砂剂前的含量。铝合金除钙研究,Al-Ca-P三元体系中,在前人研究基础上假设磷酸钠除钙反应的反应式为：6Na3P04(s)+9Ca(1)+10Al(1)=5A1203(s)+3Ca3 P2(s)+9Na20(s)该式热力学计算反应吉布斯自由育△G1003K=-16659231Jmol0,反应可以自发进行。实验验证过程发现随着磷酸钠除钙剂加入,合金中钙含量降低,在除钙剂加入量2.5wt.%时除钙率最高,达到80.2%,组织也由粗大的树枝晶逐渐变为柱状晶最后到球状晶。钙含量降低的同时合金的抗拉强度也得到提高。
【关键词】：铝合金 除杂 铁 钙
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 再生铝的杂质铁的来源及对铝合金的影响12-15
• 1.2.1 杂质铁的来源12-13
• 1.2.2 杂质铁对铝合金的影响13-15
• 1.3 降低铝合金中铁元素危害的研究15-20
• 1.3.1 降低铝合金中铁元素含量研究15-18
• 1.3.2 改善富铁相在铝合金中的组织形貌18-20
• 1.4 铝合金中钙的影响以及除钙研究20-23
• 1.4.1 杂质钙的来源20-21
• 1.4.2 杂质钙对铝合金的影响21-22
• 1.4.3 铝合金除钙的研究现状22-23
• 1.5 本论文的主要研究内容及目的23
• 1.6 本章小结23-24
• 2 铝合金除铁、除钙的热力学分析24-34
• 2.1 铝合金除铁理论计算24-29
• 2.1.1 硼砂除铁相图分析24-27
• 2.1.2 铝合金中硼砂除铁热力学计算27-29
• 2.2 Mn变铁相理论研究29-31
• 2.3 铝合金除钙理论研究31-33
• 2.4 小结33-34
• 3 锰硼联合除铁的研究34-51
• 3.1 实验材料及检测方法34-41
• 3.1.1 实验材料34-35
• 3.1.2 实验设备35-37
• 3.1.3 锰、硼除铁工艺流程37-38
• 3.1.4 实验结果分析方法38-41
• 3.2 Na_2B_4O_7除铁实验结果41-45
• 3.2.1 Na_2B_4O_7对铁含量影响41-42
• 3.2.2 Na_2B_4O_7对合金组织的影响42-43
• 3.2.3 Na_2B_4O_7对力学性能的影响43-45
• 3.3 锰、硼联合除铁实验结果45-48
• 3.3.1 锰、硼联合除铁对显微组织的影响45-47
• 3.3.2 锰、硼联合除铁对力学性能的影响47-48
• 3.4 实验结果的分析讨论48-49
• 3.5 小结49-51
• 4 磷酸盐除钙的研究51-60
• 4.1 实验材料与方法51-53
• 4.1.1 实验材料51
• 4.1.2 除钙熔剂的配方51-52
• 4.1.3 除钙工艺52-53
• 4.2 Na_3PO_4除钙实验结果53-58
• 4.2.1 Na_3PO_4对钙含量影响53-56
• 4.2.2 Na_3PO_4对合金组织的影响56-57
• 4.2.3 Na_3PO_4对力学性能的影响57-58
• 4.3 实验结果的分析讨论58-60
• 5 结论60-61
• 参考文献61-65
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果65-67
• 学位论文数据集67

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