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电子束熔炼功率对GH4068合金微观组织、偏析和γ′相析出行为的影响

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金属学报 2024年第9期60卷 1189-1199页

作者：白如圣谭毅崔弘阳宁莉丹崔传勇王云鹏李鹏廷大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 大连理工大学辽宁省载能束冶金及先进材料制备重点实验室大连116024 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

高合金化的变形高温合金铸态组织存在微观偏析较大、组织均匀性差等问题,严重影响了其后续热加工性能。为了优化变形高温合金的铸态组织,采用电子束熔炼(EBS)法熔炼GH4068合金,采用不同EBS功率熔炼10 min制备低偏析的GH4068合金铸锭。... 详细信息

高合金化的变形高温合金铸态组织存在微观偏析较大、组织均匀性差等问题,严重影响了其后续热加工性能。为了优化变形高温合金的铸态组织,采用电子束熔炼(EBS)法熔炼GH4068合金,采用不同EBS功率熔炼10 min制备低偏析的GH4068合金铸锭。结果表明:经过EBS熔炼后的铸锭底部为细晶区,仅存在胞状偏析和胞状树枝晶,中部较大区域为竖直生长的柱状晶区,二次枝晶生长方向与柱状晶生长方向平行,顶部存在少量等轴晶,枝晶生长方向较为杂乱。成分分析表明,合金中Cr元素挥发最为明显,当EBS功率为17 kW时,其含量降低1.97%。EBS较传统真空感应熔炼(VIM)+电渣重熔熔炼(ESR)双联工艺所制备的铸锭组织更为均匀,当EBS功率为12 kW时,二次枝晶间距λ_(2)为44.6μm,与双联工艺相比,λ_(2)减小了32.2%,铸锭枝晶区微观偏析程度明显降低,典型易偏析元素Ti和W的微观偏析程度分别降低了20.4%和18.6%。枝晶间γ′相尺寸较大、呈块状析出,而枝晶干的γ′相呈球状且尺寸较枝晶间更为均匀细小,在EBS功率为12 kW时所制备铸锭的γ′相尺寸最小且枝晶间不规则γ′相最少。在EBS过程中,熔体的实际温度远高于合金的熔化温度,熔体经过过热处理后团簇结构有效分解,元素分布更为均匀,在凝固过程中过冷度增加,熔体的均匀性遗传到凝固组织中使铸态组织细化,微观偏析程度降低。同时,在EBS过程中,由于电子束在熔池表面的轰击产生局部高温,能够有效降低合金中的N含量。

关键词：电子束熔炼高温合金枝晶组织微观偏析

电子束熔炼制备太阳能级多晶硅的研究现状与发展趋势

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无机材料学报 2015年第8期30卷 785-792页

作者：谭毅石爽姜大川大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 大连理工大学辽宁省太阳能光伏系统重点实验室大连116024

电子束熔炼具有高能量密度、高真空度等优点,能够有效地去除硅中的挥发性杂质,使其在制备太阳能级多晶硅材料方面具有巨大的优势和广阔的应用前景,目前已经实现了产业化应用,成为冶金法制备太阳能级硅材料的关键环节之一。本文在阐述挥... 详细信息

电子束熔炼具有高能量密度、高真空度等优点,能够有效地去除硅中的挥发性杂质,使其在制备太阳能级多晶硅材料方面具有巨大的优势和广阔的应用前景,目前已经实现了产业化应用,成为冶金法制备太阳能级硅材料的关键环节之一。本文在阐述挥发性杂质去除的热力学原理的基础上,对其去除效果和去除机制进行了总结。同时,针对电子束熔炼技术目前存在的问题,结合作者在这些方面的探索,从数值模拟、节能型熔炼方式以及与定向凝固技术的耦合等角度对现阶段的研究重点进行了综述,并对其未来的发展趋势进行了展望。

关键词：电子束熔炼多晶硅挥发性杂质综述

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电子束熔炼冶金级硅中杂质钙的蒸发行为

功能材料 2010年第A01期41卷 117-120页

作者：彭旭董伟谭毅姜大川王强李国斌辽宁省太阳能光伏系统重点实验室辽宁大连116204 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

通过双枪电子束熔炼炉熔炼冶金级硅,主要研究了在一定熔炼功率不同熔炼时间下,杂质Ca含量的变化及其蒸发行为,讨论了杂质Ca含量与Si剩余率的关系。实验结果表明,熔炼初期杂质Ca含量显著降低,随着熔炼时间的延长,下降趋势逐渐减缓。在硅... 详细信息

通过双枪电子束熔炼炉熔炼冶金级硅,主要研究了在一定熔炼功率不同熔炼时间下,杂质Ca含量的变化及其蒸发行为,讨论了杂质Ca含量与Si剩余率的关系。实验结果表明,熔炼初期杂质Ca含量显著降低,随着熔炼时间的延长,下降趋势逐渐减缓。在硅熔体表面2133K温度下,杂质Ca的自由蒸发反应遵循一级反应速率方程。杂质Ca的总传质系数为2.64×10-5m/s,并且杂质Ca从熔体内部迁移到硅熔体/气相界面层是其蒸发过程的速率控制步骤。

关键词：冶金级硅电子束熔炼钙蒸发行为

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电子束熔炼提纯钨中杂质脱除静态动力学研究

稀有金属材料与工程 2015年第1期44卷 113-117页

作者：刘文胜龙路平马运柱刘业刘书华中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

研究了电子束熔炼提纯钨过程中典型杂质的脱除,考察了电子束熔炼提纯钨的可行性,对电子束熔炼过程中的除杂动力学进行了分析,并确定了110、130、250 kW功率条件下杂质Fe、Si、Ti的脱除速率控制机制。结果表明:除Mo外,电子束熔炼对基体... 详细信息

研究了电子束熔炼提纯钨过程中典型杂质的脱除,考察了电子束熔炼提纯钨的可行性,对电子束熔炼过程中的除杂动力学进行了分析,并确定了110、130、250 kW功率条件下杂质Fe、Si、Ti的脱除速率控制机制。结果表明:除Mo外,电子束熔炼对基体钨中各种杂质均有不同程度的脱除,其脱除率与饱和蒸气压差存在对应关系;通过分析并结合电子束熔炼实验,确定了Si、Fe、Ti在110 kW时的传质系数分别为0.21、0.56、0.11×10-4 m/s,在130 kW时的传质系数分别为0.83、3.04、1.78×10-4 m/s,在250 kW时的传质系数分别为0.36、2.37、1.48×10-4 m/s,表明其脱除速率控制机制均为液/气界面中的扩散。

关键词：电子束熔炼提纯钨静态动力学

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电子束熔炼法制备高纯金属钒的实验研究

稀有金属 2020年第8期44卷 891-896页

作者：王焱辉刘奇李方薄新维王小宇何浩然重庆材料研究院有限公司重庆400707 国家仪表功能材料工程技术研究中心重庆400707 重庆市稀贵金属高效利用工程技术研究中心重庆400707

金属钒粉通过冷等静压成型和真空烧结成钒坯条后,采用电子束熔炼对钒坯条进行提纯研究。利用EPMA-1720电子探针(EPMA),Olympus-PMG3型光学显微镜(OM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)和氧氮氢分析仪分别对钒坯条和熔炼后钒锭的微... 详细信息

金属钒粉通过冷等静压成型和真空烧结成钒坯条后,采用电子束熔炼对钒坯条进行提纯研究。利用EPMA-1720电子探针(EPMA),Olympus-PMG3型光学显微镜(OM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)和氧氮氢分析仪分别对钒坯条和熔炼后钒锭的微观形貌、金相组织以及纯度进行观察和检测。实验研究结果表明:钒坯条存在孔隙,显微组织不致密,而电子束熔炼使得钒晶间孔隙得以消除,钒基体晶界结合紧密,组织变得致密均匀。经电子束熔炼,钒金属间隙杂质元素C,O,N的含量显著降低,去除率分别达到56.41%,79.17%和52.38%。而元素H由于本身含量较少,从熔炼前80×10-6降低到50×10-6,去除率为37.50%。钒金属非间隙杂质元素Si,Al,Mg,P,Cd的蒸气压与V的蒸气压压差较大,去除效果较明显。元素Mo,B属于高熔点难熔杂质,蒸气压比V的蒸气压小去除率偏低,钒金属经电子束熔炼后纯度达到99.932%。

关键词：金属钒电子束熔炼冷等静压真空烧结杂质元素

电子束熔炼新型Ni-Co基高温合金过程中合金元素的挥发行为及熔池温度计算

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材料导报 2023年第1期37卷 172-177页

作者：王以霖谭毅崔传勇游小刚赵龙海崔弘阳李鹏廷李晓娜大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024 辽宁省载能束冶金及先进材料制备重点实验室辽宁大连116024 中国科学院金属研究所高温合金部沈阳110016 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116024

本工作采用电子束熔炼方法制备了新型Ni-Co基高温合金,对熔炼后铸锭的显微组织、成分、合金元素挥发行为以及熔池表面温度分布进行了研究。结果表明,随着熔炼功率的增加,铸锭的显微组织越来越细,质量损失越来越大。熔炼后Cr和Al的质量... 详细信息

本工作采用电子束熔炼方法制备了新型Ni-Co基高温合金,对熔炼后铸锭的显微组织、成分、合金元素挥发行为以及熔池表面温度分布进行了研究。结果表明,随着熔炼功率的增加,铸锭的显微组织越来越细,质量损失越来越大。熔炼后Cr和Al的质量分数下降,其余元素质量分数上升。在相同温度下,纯元素Al的饱和蒸气压最大,W的饱和蒸汽压最小。将熔体系统简化为Ni-Cr-Co三元合金模型来研究其挥发行为,合金元素的活度系数和活度可采用Miedema模型预测,Ti、Mo、W元素的理论挥发速率很小,挥发损失基本可以忽略不计。Al元素的挥发速率通过引入活度系数补偿因子计算。熔炼功率为10 kW、12 kW、14 kW时熔池的平均温度分别为1863.6 K、1890.6 K和1904.3 K,对应的熔池最高温度分别为2368.1 K、2402.4 K、2419.8 K。

关键词：高温合金电子束熔炼元素挥发温度分布

电子束熔炼Nb-Si系多元合金的组织和性能

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材料工程 2009年第4期37卷 1-5页

作者：康永旺曲士昱宋尽霞袁华韩雅芳北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室北京100095 北京航空材料研究院北京100095

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能。结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均... 详细信息

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能。结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均匀的等轴组织形成,其中硅化物相的显微硬度HV约为1100,是Nb固溶体相的3倍左右;电子束熔炼Nb-Si系多元合金的室温断裂韧性(KQ)约为10.3MPa.m1/2;在1250℃的抗压强度约为426.3MPa,且具有一定的高温塑性。

关键词： Nb-Si系多元合金电子束熔炼显微组织显微硬度断裂韧性压缩性能

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电子束熔炼多晶硅对杂质铝去除机制研究

材料工程 2010年第8期38卷 8-11页

作者：姜大川董伟谭毅王强彭旭李国斌辽宁省太阳能光伏系统重点实验室辽宁大连116085 大连理工大学材料学院辽宁大连116085

采用电子束熔炼方式,利用铝的蒸发系数较大的特点通过蒸发去除硅中的杂质铝。将实验的实测值与理论计算的蒸发量、损失量等加以比较,得到了铝在电子束下的蒸发去除速率由其在硅中扩散过程所决定的结论,并对铝的去除量与硅的损失量之间... 详细信息

采用电子束熔炼方式,利用铝的蒸发系数较大的特点通过蒸发去除硅中的杂质铝。将实验的实测值与理论计算的蒸发量、损失量等加以比较,得到了铝在电子束下的蒸发去除速率由其在硅中扩散过程所决定的结论,并对铝的去除量与硅的损失量之间关系进行分析。

关键词：多晶硅铝电子束熔炼

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电子束熔炼去除冶金级硅中磷、铝、钙的研究

功能材料 2010年第A01期41卷 144-147页

作者：王强董伟谭毅姜大川彭旭李国斌大连理工大学辽宁省太阳能光伏系统重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

采用电子束熔炼方法提纯了冶金级硅材料。实验结果表明随熔炼时间延长,硅中挥发性杂质元素P、Al、Ca的含量逐渐降低。熔炼40min后,硅中P含量可以降至2.2×10-5%(质量分数);Al、Ca的最低含量为8.5×10-5%和1.5×10-4%(质量分数)。P、Al... 详细信息

采用电子束熔炼方法提纯了冶金级硅材料。实验结果表明随熔炼时间延长,硅中挥发性杂质元素P、Al、Ca的含量逐渐降低。熔炼40min后,硅中P含量可以降至2.2×10-5%(质量分数);Al、Ca的最低含量为8.5×10-5%和1.5×10-4%(质量分数)。P、Al、Ca的挥发去除为一阶反应过程,反应速率常数分别为0.11、0.12和0.13min-1。

关键词：硅电子束熔炼除杂挥发速率