铝合金杂质元素铁和钙的无害化研究

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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=-16659231Jmol<0,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。
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