富鐵相在鎂合金熔體中的沉淀行為與演變機(jī)制研究.pdf

1、鋁及鋁合金中的雜質(zhì)Fe元素對(duì)材料性能危害極大，且難以高效率、低成本地去除，這很大程度上限制了鋁資源的循環(huán)再生，造成了極大的浪費(fèi)。目前的除鐵方法，如過(guò)濾、離心、電磁等在實(shí)際生產(chǎn)中均有一定的應(yīng)用局限性。有鑒于此，本文提出了一種高含F(xiàn)e量Al-Si合金鐵鋁分離及再生的新方法。首先，將Al-Si-Fe合金加入到純鎂熔體中，利用自然沉降法把密度較大、熔點(diǎn)較高的富鐵相沉淀到熔體底部;然后，將含F(xiàn)e量極少的Mg-Al-Si合金與富鐵沉淀層分離，實(shí)現(xiàn)了

2、利用鎂熔體來(lái)除鐵的目的。
　　本文研究了不同工藝條件下鎂合金中富鐵相的相組成、組織形貌和沉淀規(guī)律，揭示了富鐵相在鎂熔體中凝固過(guò)程中的析出行為與演變機(jī)制，基于動(dòng)力學(xué)與XRD半定量物相分析建立了富鐵顆粒自然沉降模型，基于Pandat軟件的熱力學(xué)分析模擬了Mg-Al-Si-Fe四元合金的凝固路徑及相關(guān)相圖。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)研究了將高含F(xiàn)e量Al-Si合金加入到鎂熔體中的Al-Fe分離規(guī)律。
　

3、　當(dāng)Al-14Si-4Fe合金的添加量為4wt.％時(shí)，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，合金底部可以生成體積分?jǐn)?shù)約為2.0％的富鐵沉淀層，上部為含F(xiàn)e量極少的Mg-Al-Si合金。其中，底部沉淀層中的富鐵相以Al5Fe2和Al0.7Fe3Si0.3相為主。當(dāng)Al-14Si-4Fe合金的添加量提高至9wt.％時(shí)，底部沉淀層的體積分?jǐn)?shù)取決于熔體保溫溫度、靜置時(shí)間的共同作用;為獲得最佳的沉淀效果，鎂熔體在720℃時(shí)保溫45min，此時(shí)的體積分?jǐn)?shù)約為3.4％

4、。
　　(2)利用控制變量法研究了鎂熔體成分、保溫溫度、冷卻速度對(duì)沉淀層中富鐵相微觀組織及形貌的影響。
　　當(dāng)鎂熔體中初始Fe含量為0.36wt.％（名義含量，下同）時(shí)，沉淀層中富鐵相隨Si含量的增加先后出現(xiàn)塊狀A(yù)l5Fe2相和Al0.7Fe3Si0.3相。隨著鎂熔體的保溫溫度由650℃上升至800℃，沉淀層中先后出現(xiàn)針狀A(yù)l13Fe4相、塊狀A(yù)l5Fe2和Al0.7Fe3Si0.3相。改變?nèi)垠w冷速，空冷后的富鐵相以塊狀A(yù)l

5、5Fe2、 Al0.7Fe3Si0.3相為主，爐冷后的富鐵相以針狀A(yù)l13Fe4相和塊狀A(yù)l5Fe2相為主。
　　(3)基于動(dòng)力學(xué)分析與XRD半定量物相分析建立了富鐵顆粒自然沉降模型。
　　在Mg-7.38Al-1.26Si-0.36Fe合金熔體中，當(dāng)保溫溫度高于720℃時(shí)，富鐵顆粒的密度較大（約4.98g·cm-3），沉降速度較快（約1.57 mm·min-1），靜置30min時(shí)，底部可以形成較為集中的沉淀層，其體積分?jǐn)?shù)約

6、為6％;當(dāng)熔體保溫溫度低于700℃時(shí)，富鐵顆粒的密度較?。s3.96g·cm-3），沉降速度較慢(約1.10mm·min-1)，靜置30min時(shí)，底部不能形成較為集中的沉淀層其體積分?jǐn)?shù)約為34％。
　　(4)基于Pandat計(jì)算軟件的熱力學(xué)分析模擬了Mg-Al-Si-Fe四元合金的凝固路徑和計(jì)算相圖。
　　在Mg-7.38Al-1.26Si-0.36Fe合金熔體中，750℃保溫時(shí)開(kāi)始析出Al0.7Fe3Si0.3相，在冷凝過(guò)