鎂熔體中富Fe團簇演變與Al–Fe分離機制的研究

《鎂熔體中富Fe團簇演變與Al–Fe分離機制的研究》是依託山東大學，由高通擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鎂熔體中富Fe團簇演變與Al–Fe分離機制的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高通
• 依託單位：山東大學

中文摘要

高Fe含量鋁矽合金的回收再利用是適應鋁資源可持續發展的綠色產業，消除Fe元素的有害作用，對其進行“Al–Fe分離”是該過程的關鍵問題之一。不同於傳統的除Fe手段，本項目提出了一種利用鎂熔體來實現“Al–Fe分離”的新方法：通過調控富Fe團簇演變，促進鎂熔體冷凝過程中富Fe相向Al0.7Fe3Si0.3轉變，藉助液態金屬X射線衍射儀等系列結構分析手段系統地研究富Fe相組分、結構的演變行為。研究鎂熔體結構與富Fe相析出、演變過程的相關性；分析富Fe相的反應熱力學和臨界形成條件；探明Si原子在“富Fe相→Al0.7Fe3Si0.3相”轉變與“Al–Fe分離”中的作用機制，為獲得Mg–Al–Si系中間合金與可用作鑄鐵球化劑的Fe–Mg系中間合金提供理論支持。本項目也為鎂熔體中其它過渡族金屬團簇的演變及析出研究提供參考和依據。

結題摘要

鋁合金回收再利用是鋁產業未來的發展趨勢。高Fe含量的Al-Si-Fe合金由於形成了富Al的金屬間化合物，導致此部分Al難以被有效回收。因此，本項目提出了一種利用鎂熔體來實現“Al–Fe分離”的新方法：將Al-Si-Fe合金引入到Mg熔體中，通過調控β–Al5FeSi和γ–Al3.5SiFe等高Al含量富Fe相的演變行為，以獲得“富Fe乏Al”的Al0.7Fe3Si0.3相。基於實驗與計算研究，研究者發現：通過對比β–Al5FeSi與Al3Fe相結構、成分、形貌在Mg熔體中的演變規律，證實了主導原子Si的擴散是導致富Fe相演變的關鍵因素；由於Al0.7Fe3Si0.3為亞穩相，其在熔體冷凝過程中會向Al5Fe2、Al13Fe4等相發生演變，高的熔煉溫度與快的冷卻速度更有利於“Al-Fe分離”效果的提升；通過調控富Fe相的沉降過程，可在熔體下層得到Mg-Fe系合金，將Mg-Fe合金套用於球墨鑄鐵的球化處理，可有效實現石墨球的細化；通過設計熔體分離工藝與裝置，將Al-Si-Fe合金一分為二，上層的Mg-Al-Si合金可在工業獲得套用，下層的Mg-Fe合金可作為新型球化劑使用，從而實現了Al-Si-Fe合金的回收再利用。本項目的相關成果不僅為鎂熔體中其它過渡族金屬團簇的演變及析出研究提供了參考，也為新型Mg基複合材料的設計與開發提供了新思路，具有重要的現實意義和科學價值。