王义海[1]2003年在《利用高频磁场去除铝合金中的非金属夹杂》文中指出电磁净化技术作为材料电磁加工技术的一个分支，已经逐渐发展成为具有广 阔应用前景的新型金属熔体净化工艺。在各种电磁力施加方式中，外加高频交变 磁场方式有其特有的优点：只需通过提高电磁力密度就可以去除熔体中微米级的 夹杂，而无需添加任何净化介质，熔体流经置于磁场中的分离器就可以达到分离 的目的，因此不会对合金造成污染，而且夹杂的去除效率受夹杂物颗粒粒径的影 响小，比较适合于微小夹杂物的去除。 针对高频线圈感生磁场作用下分离铝熔体中非金属夹杂的特点，本文在已有 的相关研究基础上，进一步研究了，静止状态下，铝熔体中非金属夹杂物的运动 和分离规律，推导得到了实心圆柱熔体中球形夹杂物颗粒在高频磁场中所受电磁 排斥力的计算公式。并就实心圆柱状熔体在静止状态下的各工艺参数对电磁净化 效率进行了分析和讨论，结果表明，在熔体静止状态下，rl／6值对分离效率的影 响与频率有关，频率高，则rl／6的取值范围也宽，一般的在r1／6=2．6左右可得 到分离效率的最大值。 在现有的实验设备条件下分别以TM(电气石)、SiC、A1203和Si作为铝合 金中的夹杂物进行了实验，结果表明，在频率为30～40kI-Hz、电流强度为4A时， 分离效果比较好；但是TM颗粒的分离效果比较差，由于结晶水的存在，试样的 表面存在很多气孔。分离器中初生Si相的迁移行为与电磁作用时间、分离器管 径、磁场频率等参数有关；对SiC来说，颗粒尺寸的影响非常明显；另外，对 A1203的分离也取得了一定的效果，而且感应线圈内不同径向位置分离通道内夹 杂物颗粒的电磁分离效果差别很小，不同轴向位置的电磁分离效果差别则比较明 显。 理想的有限长螺线管线圈通电流后会产生中心对称的磁场，磁场在线圈端 部、特别是靠近线圈内壁处会产生急剧变化，增大长径比b／a可使磁场强度在轴 向和径向分布得更均匀些。用小线圈法测定的实际线圈中磁场强度的分布比理论 计算结果稍微偏小。
陈文斌[2]2012年在《高频磁场电磁净化铝合金的研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的发展，有着诸多优点的铝合金在社会中扮演的角色越来越重要。航空航天、汽车制造、高速轨道客车等都是其重要的应用领域。这使得对铝合金材料的质量提出了更高的要求。但是铝合金在生产的过程中极易产生氢气孔和非金属夹杂等缺陷，影响合金的综合性能。利用高频电磁净化技术净化铝合金熔体，与传统的净化方法相比有净化效率高、不污染合金熔体、施加磁场方便、净化效果好等优点。本文对铝合金中的过共晶铝硅合金进行了高频磁场净化研究。本文首先优化设计了高频感应线圈，在此基础上测量和分析了空载和有负载时磁感应线圈内的轴向径向磁场强度分布。采用铝合金中的Al-18%Si合金研究了合金熔体温度、高频磁场净化时间、分离器管径及高频磁感应强度大小对夹杂物分离效果的影响规律。实验结果表明：净化熔体温度为620～640℃时的净化效果最好，温度过低，熔体粘度高；温度过高，过共晶铝硅合金熔体的电导率下降使电磁驱动力变小都影响净化效果；随着高频电磁净化时间延长电磁净化效果越好，电磁净化时间长，熔体中的非金属夹杂物有充足的时间从熔体中分离；分离器管径的大小会显着影响净化效果，在本实验条件下，分离器管径小的高频电磁净化效果更好。随着管径加大需更长的电磁净化时间或更高的磁感应强度才能有效地去除夹杂物；随高频磁感应强度增加，净化效果越好，但是过大的磁感应强度会使铝硅合金熔体感应热大，且磁场分布不均匀，使熔体发生紊流，降低了高频电磁净化效果。通过对净化后的Al-18%Si合金试样进行能谱分析和显微硬度测量，结果表明，经过高频电磁净化后的合金试样其硅元素在试样心部含量很低。直到试样的偏聚区硅元素的含量才显着提高，偏聚区的初生硅尺寸也较大。试样显微硬度值呈中间低边缘高的趋势。最后对含有2%Al2O3颗粒的共晶铝硅合金进行了净化实验，取得了良好的净化效果。
郭庆涛[3]2005年在《铝合金高频磁场电磁净化试验研究》文中认为电磁净化作为一种新兴的净化技术,由于其具有的洁净、高效,以及夹杂物的去除与密度差关系不大等特点,近年来已成为研究的热点之一。外加高频交变磁场的电磁净化方法更因为具有施加方便等特点而成为电磁净化领域的主要研究对象。 本文从电磁场的基本原理出发,根据金属熔体内部电磁体积力的数学表达式,建立了电磁净化时间计算模型,依靠此模型可以计算用电磁力去除理想金属熔体中的不同尺寸的非金属夹杂物所需的时间,以及圆管中的净化效率等。 为了验证电磁力对铝合金中不同尺寸的非金属夹杂物的电磁净化效果,配制了含硅量为18%、12.6%和10%的叁种铝硅合金,其中,18%的铝硅合金又分为加磷、不加磷两种情况。在不同的凝固条件下,分别生成了尺寸为100μm、30μm和10μm的硅块,进而进行电磁净化模拟试验研究。试验结果证明,初生硅块可以较好地模拟铝熔体中的非金属夹杂物,在磁感应强度达到0.03T时,直径为100μm左右的非金属夹杂物可以在10s内被去除,单个尺寸在10μm的非金属夹杂物也可以依靠电磁挤压力去除。 针对去除小尺寸非金属夹杂物是净化过程中的难点问题,本文采用定点加入5μm氧化铝颗粒的方法,分别进行了如下验证性试验: 1.0.7mm铁芯外用铝箔包裹氧化铝颗粒,定点加入铝熔体中,检验在电磁力作用下细小陶瓷管内金属熔体的流动; 2.2mm铁芯外用铝箔包裹氧化铝颗粒,定点加入铝熔体中,模拟空心圆管电磁净化试验; 3.铝熔体中弥散分布有氧化铝颗粒后,取出铁芯,检验在细管中电磁净化去除铝熔体中细小非金属夹杂物的可行性。 试验结果表明,在磁感应强度达到0.03T以上时,铝熔体中的流动严重影响小尺寸非金属夹杂物的去除,即使利用空心圆管进行电磁净化试验,当磁感应强度为0.06T,净化时间达到120s,直径在5μm的氧化铝颗粒也不能完全去除。
郭庆涛[4]2007年在《金属熔体高频电磁净化的研究》文中研究指明电磁净化作为一种新兴的净化技术，由于其具有的洁净、高效，以及对夹杂物的去除与密度差关系不大等特点，近年来已成为研究的热点之一。外加高频磁场的电磁净化方法更因为具有施加方便等特点而成为电磁净化领域的主要研究对象。本文从电磁场的基本原理出发，建立了高频磁场电磁净化计算模型，通过离散求和的方法对电磁净化时间、效率等进行计算，依靠此模型可以分析非金属夹杂物尺寸、细管直径、金属熔体表面磁感应强度等试验参数对电磁净化时间、效率的影响，并对最佳分离频率进行了计算。结果表明：金属熔体表面磁感应强度为0.06T时，对尺寸在10μm的非金属夹杂物在细管中进行电磁分离，20s后距离表面4mm处的非金属夹杂物在电磁积压力的作用下可以到达熔体表面，按照面积比计算，净化效率可以达到96％。而30μm的夹杂物在分离5.7s以后分离效率可以达到99％，100μm的夹杂物在0.56s左右分离效率即可达到99％以上。当f=1／(4πσμx~2)时在熔体内某位置处的电磁体积力取得最大值；在一定范围内，频率的增加将缩短电磁分离时间，而当频率值大于1／(4πσμx~2)时，电磁分离所需的时间将增加通过有限元计算及试验研究分析了磁感应强度的大小和施加时间长短对金属熔体流动的影响，结果表明磁感应强度越大，施加电磁场的时间越长，则细管内的金属熔体流动越剧烈；多管电磁分离的模拟结果表明，多管间的缝隙对内部的金属熔体内的磁感应强度有明显的影响，对多管电磁分离试验的结果表明利用多管进行电磁分离是可行的。通过试验研究了高频磁场电磁净化过程中非金属夹杂物尺寸、分离时间以及磁感应强度等对分离效果的影响。试验研究结果表明，对铝熔体中弥散分布的直径在5～15μm的氧化铝颗粒，依靠本试验条件很难对其实现分离，但对于铝熔体中的直径为30～200μm的氧化铝颗粒的试验研究结果表明，当金属熔体直径在10mm，施加表面磁感应强度为0.04T的磁场1s时，在熔体的边部就有明显的氧化铝颗粒偏聚层，分离时间大于3s时，在铝熔体内部已经很少有直径在30μm以上的氧化铝颗粒。当金属熔体表面磁感应强度在0.06T时，仅施加电磁场1s即可对氧化铝颗粒实现有效的电磁分离。通过试验获取了利用高频磁场分离Al-18wt％Si合金中初晶硅的最佳温度范围。试验结果表明，在600～620℃时施加0.04T的高频磁场5s，可以得到较好的分离效果。为了研究高频磁场电磁净化技术的实用性，本文采用泡沫陶瓷过滤器作为过滤器件，设计了泡沫陶瓷外加高频磁场的复合连续净化试验装置。利用该装置对Al-10wt％Mg合金的连续净化结果表明，外加高频磁场磁感应强度为0T时，经过两次过滤后将合金中的氧含量从0.0009％降低为0.0004％，净化效率为55.6％；当施加0.04T的高频磁场进行净化时，合金中的氧含量从0.0014％降低为0.0003％，净化效率达到78.6％，净化效率提高了23.6％。对含有30～200μm的氧化铝颗粒的铝熔体的净化结果表明，在泡沫陶瓷过滤器外施加0.04T的高频磁场时，对铝熔体中氧化铝颗粒的平均净化效率为96.9％；当施加0.06T的高频磁场时，平均净化效率为97.3％，后者比泡沫陶瓷单独净化的效率高了1.15％。本文同时针对流动状态对泡沫陶瓷过滤效率的影响进行了试验研究，结果表明紊流会明显降低泡沫陶瓷过滤器的净化效率。
陶应龙[5]2004年在《电磁分离铝合金夹杂物及其数值模拟》文中研究指明铝合金材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能，在航天航空、机械制造、IT业等领域得到了越来越广泛的应用。然而，铝合金材料中的金属夹杂物和非金属夹杂物等缺陷，严重影响材料质量和使用安全。传统的过滤净化技术虽然能有效地清除微米级大小的夹杂物，但存在过滤效率随时间下降的问题。电磁净化方法，可以从根本上克服上述方法的不足。电磁净化方法的基本原理是液态金属中杂质颗粒的电导率与金属液的电导率不同，夹杂颗粒在电磁场中受到电磁力的作用而产生定向迁移，与金属液分离，从而达到金属净化的目的。本文在实验研究基础上，对影响电磁净化效果的工艺参数进行了分析，为提高电磁净化效率提供理论依据。 本文在电磁流体力学基本理论的基础上，运用积分方程法建立了分离器气隙的电磁场数学模型。对磁场的分布情况进行了模拟计算，并对计算结果进行了分析讨论，实验结果表明计算结果与实际测量结果基本一致。气隙中磁场分布是稳恒的，可以用来分离铝熔体中的夹杂颗粒。 实验表明：熔体温度显着影响电磁净化效果。当熔体温度过低时，粘度大，流动性差，不易于杂质颗粒流动分离；当熔体温度过高时，熔体的导电率降低，杂质颗粒受到的电磁力或电磁挤压力减小，分离效果则下降。 增大磁场强度能够有效地提高铝熔体的净化效率。但过分增大磁场强度可能导致涡流的产生，分离的杂质颗粒又重新进入熔体，从而降低净化效率。 通过增大外加直流电流和延长保温静置时间，可以提高电磁净化效率。实验结果表明，杂质粒径越大，其所受到的电磁力或电磁挤压力就越大，迁移速度也越大，也就越易于从铝熔体中分离出来。
陈东风[6]2006年在《电磁分离法去除铝熔体中富铁相的研究》文中认为作为一种新兴的净化技术，电磁净化具有清洁、高效的特点，近年来一直是研究的热点之一，已经逐渐发展成为具有广阔应用前景的新型金属熔体净化技术。本实验采用外加高频磁场的方法，利用富铁相颗粒与熔体导电性的差异，使微米级的富铁相在电磁挤压力的作用下从熔体去除，从而实现了熔体净化的目的。 本文从电磁场的基本原理出发，根据金属熔体内部电磁体积力的数学式，分析了固相颗粒在金属熔体中的运动速度计算模型，并对影响电磁分离效率的各项参数进行了分析，包括磁场强度、作用时间、管径大小等因素。采用Al-2％Fe合金初生的富铁相来模拟熔体中的夹杂，通过加入变质剂来改变富铁相的形貌，从而改善其在熔体中的迁移，考察夹杂形貌对电磁分离效率的影响，利用电磁分离工艺制备了Al-5％Fe颗粒增强复合材料。 通过对实验合金组织和成分的分析，优化出最佳的工艺参数，当分离管径为10mm时，磁场强度0.04T，作用时间30s时可以获得最佳的分离效果；Mn作为变质剂加入合金熔体中能改变富铁相的形态，当锰与铁的摩尔比为1.5时，富铁相从针状变成块状或汉字状，这样更有利于其在熔体中迁移，Mn结合电磁过滤可以更加有效地去除合金中的富铁相，使铁相含量降低，净化熔体，提高合金的延伸率，延伸率可以从4.0％提高到29.2％；电磁分离制备的Al-5％Fe合金颗粒增强复合材料，近表面偏聚区铁的含量可以达到8％～8.5％，硬度最高可达到80 HV，并且中心区域和表层之间形成了很好的过渡层，这样可以使表面的耐磨层和基体之间有足够的结合强度。
曹志强, 王义海, 秦学智, 贾非, 金俊泽[7]2007年在《高频磁场下铝合金中非金属夹杂物的电磁分离研究》文中认为本实验是在高频磁场作用下,利用金属与夹杂物之间的导电率差产生的电磁排斥力去除非金属夹杂物的。实验材料为Al-10%Al2O3、Al-10%SiC及Al-24%Si。将含有杂质的合金置于不同管径的分离器中,开启高频电源,调整输出功率,利用高频磁场将其熔化,并进一步实现非金属夹杂物的分离。论文还分析了不同管径、颗粒尺寸、磁感应强度、作用时间等条件下的分离效果。结果发现球形Al2O3和SiC颗粒较针状初生硅的分离效果更好一些,较高的磁感应强度和小的管径对夹杂物的分离有利。
张忠涛[8]2009年在《外场对铝熔体异相粒子运动及其凝固行为影响研究》文中认为铝是用量仅次于钢铁的第二大金属材料,其具有密度小、比强度高、耐腐蚀、易于回收等优异的性能,在汽车、建筑、食品及包装、电力、交通基础设施、航空航天、机械、电子信息等部门的传统或新型产品的制造中,具有广泛的应用。但是,铝合金生产中主要存在着易于吸气、细小夹杂物不易去除的问题,严重阻碍了铝工业的发展,同时,铸坯的表面质量粗糙、合金元素偏析、凝固组织粗大等缺陷也使其不能满足现代工业对优质材料的需求。目前外场如电磁场、超声场在冶金及材料加工领域得到了一定的研究及应用,为制备洁净、高性能铝合金提供了良好的基础和契机。本文以去除金属熔体中的气体和夹杂物粒子及细化金属液凝固组织、改善铸坯性能为目的。首先分别进行了电磁场、超声场作用下铝熔体中夹杂物和气体运动行为的研究,利用研究结果制备了组织和性能梯度分布的铝硅梯度材料,进而将超声场与旋转电磁场结合起来组成复合场对铝合金凝固行为进行研究,考察其对铸坯凝固过程、凝固组织、合金元素分布及力学性能的影响,并结合试验结果对复合场作用下金属凝固过程中形核及长大过程进行分析,对复合场下熔体形核和长大的机理提出了较为科学的理论解释。最后,开发了一种新型的复合场水平连铸工艺,并制备了表面和内部质量好、力学性能高的Al-1%Si合金线材。上述研究为电磁场和超声场技术应用到铝合金的实际生产中奠定了一定的试验和理论基础,相信随着复合场技术的推广和应用,生产洁净、高性能的铝合金材料将成为现实。论文的研究结果表明:1.利用高频磁场对铝合金中的氧化铝夹杂物进行分离,对于30-200μm的氧化铝颗粒施加表面磁感应强度为0.04T的磁场1s时,在熔体的边部就有明显的氧化铝颗粒偏聚层,分离时间大于3s时,在铝熔体内部已经很少有直径在30μm以上的氧化铝颗粒;当金属熔体表面磁感应强度为0.06T时,仅施加电磁场1 s即可对氧化铝颗粒实现有效的分离。2.利用功率超声场对铝合金中的异相粒子进行了分离研究,超声场对液态金属中的夹杂物和气体粒子有较好的去除效果,600W超声作用120s后,A356合金中的气体基本上被去除;利用酒精水溶液中的聚乙烯颗粒作为夹杂物的模拟物进行超声除杂模拟试验,结果表明,超声对粒径为96-109μm的聚乙烯颗粒的去除率可达90%以上;利用Al-18%Si中的初生硅作为铝合金中夹杂物的模拟物进行试验,结果表明超声场可对初生硅的运动行为进行有效控制;通过采取内部施加超声场配以外部强制冷却的方法制备了组织和性能梯度分布的梯度组织铝合金材料。3.将旋转磁场和超声场组成复合场,考察其对Sn-3.5%Pb合金及A356合金凝固过程的影响,结果表明;复合场可以提高合金初始凝固温度、抑制元素偏析、细化合金凝固组织并改善共晶相形貌,初生铝平均晶粒度由原始的250μm降低到复合场作用时的30μm,相应的抗拉强度也由163MPa提高到了268MPa。一方面,功率超声空化作用使合金在其液相线温度以上就可以爆发生核,这些初生核被超声的声流效应和电磁搅拌共同产生的强制对流传递到整个熔体而使合金凝固组织大大细化:另一方面,超声场和电磁场引起的熔体的温度场和浓度场的起伏也有利于少数残存枝晶生长过程中在枝晶臂发生熔断,复合场产生的上述两方面共同作用使得最终铸坯具有细小的凝固组织和优良的力学性能。4.将行波磁场与超声场组成复合场应用到Al-1%Si合金键合线材的水平连铸过程中,开发出了一种利用复合场水平连铸制备铝硅键合线材的新技术。复合场可以均衡保温炉内温度场、抑制硅元素偏析、提高连铸坯表面质量,同时还可以改善铸坯内部组织、提高铸坯力学性能,铸坯的抗拉强度和延伸率明显提高,分别由110MPa和13%提高到160MPa和40%。
杨淼[9]2006年在《高频磁场制备颗粒增强铝基复合材料研究》文中认为电磁分离技术是九十年代中后期发展起来的一种新型的熔体分离技术,其基本原理是利用夹杂物与金属的导电性差异,使夹杂物在电磁场中受到金属液的挤压力而向边界移动,以最终实现夹杂物的分离。电磁分离技术是一种处理量大、分离能力强、适应范围广、无污染的新型分离技术。目前该技术除在铝液净化方面得到广泛应用外,正在应用于制备不同表层性能的梯度复合材料,以满足实际生产中对材料特殊性能的要求。 为了对制备颗粒增强Al基自生梯度复合材料进行探索,本文利用高频磁场尝试制备了Al—Si,Al—Mg_2Si颗粒增强复合材料,通过试验确定了一个较佳的试验参数,并应用摸索出的有效试验参数制各了管状复合材料。通过x射线衍射分析及扫描电镜面扫描,确定了Al—Mg_2Si合金的相组成。通过测量显微硬度,结合金相照片分析了Al-Si复合材料的形成规律、影响因素、组织性能。试验结果表明:利用高频磁场的分离机理可以制备初晶Si及初生Mg_2Si颗粒沿径向呈梯度分布的棒状及管状Al基复合材料。当加载的磁场为6kW,加载时间为30s时,棒状试样获得了很好的分离效果。磁场强度及作用时间及磁场的热效应是影响分离效果的主要因素。通过控制外加磁场的电磁力参数和时间,并运用冷却方法来控制高频磁场的热效应对合金的温度的影响,可实现复合材料中初晶Si、初生Mg_2Si相颗粒的体积分数在径向呈既定的梯度规律变化。Al-Si合金复合材料的管状分离试样在加载磁场3kW下作用30s,试样的上部及下部的分离效果都很好,硬度在径向上呈对称分布。
管学峰[10]2013年在《铝熔体电磁净化工业装置的磁场仿真与优化》文中提出铝合金在航空航天、交通、电子、轻工、建筑等领域有着广泛的应用,近年来又发展了一系列高强高韧航空铝合金新材料以及各种高性能民用铝合金材料,对铝熔体的在线净化技术与水平提出了更苛刻的要求,需要基本去除坯料中10μm以上的夹杂物、并尽可能降低1-10μm夹杂的数量。20世纪80年代起,液态金属的电磁净化技术开始受到国内外的关注。在电磁场的作用下,利用“电磁浮力”作用,可促使陶瓷管分离器内熔体中的微细夹杂物快速分离至壁面而被捕获。该技术已在实验室开展了大量研究,并在铝板连续铸轧和电工铝杆连铸连轧生产中得到应用。感应器的结构设计及磁场的优化是电磁净化工业装置的核心,但对此缺乏深入研究。本文设计了带C型铁芯线圈和双7匝并联线圈两种结构的电磁净化工业装置,通过现场取样和定量金相方法,统计分析了工业应用条件下不同尺寸的夹杂去除效率,并采用Ansoft有限元软件对两种电磁净化装置产生的磁场进行了仿真模拟,分析了相关参数对磁感应强度大小及分布的影响。定量金相分析结果表明,带C型铁芯的电磁净化装置以及双7匝并联线圈的电磁净化装置不仅能有效去除普通泡沫陶瓷过滤板未过滤掉的10-30μm的夹杂物,对于普通过滤陶瓷板难以去除的小于10μm的夹杂物也能使其含量降低36%-61%。对带C型铁芯线圈的电磁净化装置的磁场仿真计算表明,该装置能在气隙内产生0.01-0.03T的磁场,沿长度方向磁感应强度呈现两端高、中间低的特点,而在横截面的内部区域磁场分布较均匀,可基本满足电磁净化的磁场要求。改变气隙长度能够有效改变流槽中的磁场强度分布,而改变铁芯截面大小和中心线圈位置对磁场强度的大小及分布改变不大。双7匝并联线圈内部的磁感应强度可达到0.015-0.04T,沿径向距离线圈内表面越近磁感应强度越大,而沿中心轴线方向两侧的磁感应强度低于中心处。磁轭可以显着降低线圈外部的漏磁现象,但对线圈内部磁场分布影响不大。相比带C型铁芯线圈气隙内产生的磁场,螺线管线圈内部产生的磁场更强、均匀性更好。
参考文献：
[1]. 利用高频磁场去除铝合金中的非金属夹杂[D]. 王义海. 大连理工大学. 2003
[2]. 高频磁场电磁净化铝合金的研究[D]. 陈文斌. 吉林大学. 2012
[3]. 铝合金高频磁场电磁净化试验研究[D]. 郭庆涛. 大连理工大学. 2005
[4]. 金属熔体高频电磁净化的研究[D]. 郭庆涛. 大连理工大学. 2007
[5]. 电磁分离铝合金夹杂物及其数值模拟[D]. 陶应龙. 武汉理工大学. 2004
[6]. 电磁分离法去除铝熔体中富铁相的研究[D]. 陈东风. 大连理工大学. 2006
[7]. 高频磁场下铝合金中非金属夹杂物的电磁分离研究[C]. 曹志强, 王义海, 秦学智, 贾非, 金俊泽. 第叁届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文（摘要）集. 2007
[8]. 外场对铝熔体异相粒子运动及其凝固行为影响研究[D]. 张忠涛. 大连理工大学. 2009
[9]. 高频磁场制备颗粒增强铝基复合材料研究[D]. 杨淼. 大连理工大学. 2006
[10]. 铝熔体电磁净化工业装置的磁场仿真与优化[D]. 管学峰. 上海交通大学. 2013
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