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激光技术在金刚石加工中的研究及应用进展

红外与激光工程 2024年第2期53卷 36-57页

作者：叶盛赵上熳邢忠福彭志勇郑宇亭陈良贤刘金龙李成明魏俊俊北京科技大学新材料技术研究院北京100083 天津津航技术物理研究所天津300308 北京科技大学顺德创新学院广东佛山528399

激光加工是目前金刚石的主流加工方法,相较于传统的机械加工形式,激光加工精度高、效率高、普适性强,因而在金刚石切割、微孔成型、微槽道加工及平整化等方面均得到广泛应用。文中阐述了金刚石激光加工原理,介绍了不同类型激光与金刚石... 详细信息

激光加工是目前金刚石的主流加工方法,相较于传统的机械加工形式,激光加工精度高、效率高、普适性强,因而在金刚石切割、微孔成型、微槽道加工及平整化等方面均得到广泛应用。文中阐述了金刚石激光加工原理,介绍了不同类型激光与金刚石材料相互作用机制,重点总结了近几年多种激光加工金刚石模式的发展现状,分析了新型的激光加工方法的特点,探讨了现阶段激光技术在金刚石加工领域面临的问题、挑战及未来的发展趋势。

关键词：金刚石激光加工激光切割微孔成型微槽道激光平整化

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钛白副产硫酸亚铁制备电池级磷酸铁

化工进展 2024年

作者：李斌德王碧侠袁文龙党晓娥马红周西安建筑科技大学冶金工程学院

以钛白副产硫酸亚铁净化除杂所得硫酸铁溶液为铁源，采用液相沉淀法合成电池级磷酸铁，研究了铁磷投料比、反应温度、pH、CTAB添加量对磷酸铁Fe/P、粒径及产率的影响，并通过响应面分析得到高产磷酸铁的较优合成条件为：投料比1.33、温... 详细信息

以钛白副产硫酸亚铁净化除杂所得硫酸铁溶液为铁源，采用液相沉淀法合成电池级磷酸铁，研究了铁磷投料比、反应温度、pH、CTAB添加量对磷酸铁Fe/P、粒径及产率的影响，并通过响应面分析得到高产磷酸铁的较优合成条件为：投料比1.33、温度80℃、pH值为1.6、CTAB添加量为2%。通过响应面优化实验，在保证90.98%的高产率的同时，降低了原料投料比，节省了用料成本。所得产物为无定形二水磷酸铁，经煅烧后转变为α-石英型。二水磷酸铁的一次颗粒粒径在100nm左右，二次颗粒平均粒径D50 值为 8.4μm。根据晶核形成与晶体生长理论分析了无定形磷酸铁的形成机理：磷酸铁的成核速率远大于其生长速率，体系中形成大量微小晶核，这些微小晶核因半径小于临界晶核半径而发生无规则的聚集，进而形成无定形磷酸铁。所得二水磷酸铁的元素含量符合电池级磷酸铁的技术指标。

关键词：硫酸亚铁钛白沉淀法磷酸铁响应面分析

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电渣冶金渣系挥发特性研究进展

钢铁 2024年

作者：邱国兴介光辉杨永坤李小明西安建筑科技大学冶金工程学院

电渣重熔是一种利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的净化钢液手段。因为其冶炼产品具有金属洁净、组织致密、成分均匀、表面光洁等优点，广泛应用于高端金属材料制备。为了保证熔渣的导电性，电渣渣系均含有一定CaF2，冶... 详细信息

电渣重熔是一种利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的净化钢液手段。因为其冶炼产品具有金属洁净、组织致密、成分均匀、表面光洁等优点，广泛应用于高端金属材料制备。为了保证熔渣的导电性，电渣渣系均含有一定CaF2，冶炼过程挥发严重，污染环境；氟化物挥发造成渣系成分波动大进而影响冶炼过程和产品质量。从渣系组成、冶炼环境、热力学和动力学几方面出发，讨论了影响渣系中氟化物挥发的因素，探讨了降低氟化物挥发的有效方法。重点介绍了CaF2、w(（CaO）)/ w((SiO2))、w(（CaO）)/ w((Al2O3))对渣系挥发的影响。降低渣中CaF2含量，增大w(（CaO）)/ w((SiO2))，减小w(（CaO）)/ w((Al2O3))可有效减少渣中氟化物挥发；讨论了利用碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O)、TiO2、B2O3代替CaF2开发低氟渣的可能性。利用Na2O、TiO2、B2O3等代替CaF2是未来低氟/无氟渣开发的重要方向之一；综述了冶炼温度和环境湿度等对含氟渣系挥发的影响规律。降低冶炼温度，提高升温速率、对渣系预熔和保持干燥均可有效抑制氟化物挥发；基于电渣冶金渣系挥发热力学和动力学研究现状，介绍了炉渣分子离子共存理论计算渣系组元活度的适用性，总结了渣系挥发的动力学机理，归纳了电渣重熔过程中含氟渣挥发的限制性环节。分子离子模型对常见渣系组元活度计算具有很高的准确性，对其他特殊渣系的适用性还有待进一步验证。未来渣系挥发动力学研究应重点关注参与挥发反应的阴阳离子由本体向反应界面传质过程，以及反应生成物的形核、长大、气泡化的过程这2个限制性环节，以减少氟化物挥发。

关键词：电渣冶金渣系 CaF 挥发热力学动力学

固溶Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni合金的微观结构和拉伸行为

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钢铁 2024年

作者：王耀勉张梦琦杨换平苏晓东西安建筑科技大学冶金工程学院

为了揭示Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni铁基形状记忆合金的微观结构和力学性能随固溶温度的变化规律，首先对其在950、1 050和1 100 °C进行固溶处理，然后采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合金的微观结构进行表... 详细信息

为了揭示Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni铁基形状记忆合金的微观结构和力学性能随固溶温度的变化规律，首先对其在950、1 050和1 100 °C进行固溶处理，然后采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合金的微观结构进行表征，并利用室温拉伸试验测试力学性能。试验结果表明随固溶温度升高，奥氏体晶粒尺寸显著增大，同时热诱发ε马氏体的片层长度和孪晶尺寸也随之增加。固溶合金主要由γ奥氏体和热诱发ε马氏体构成。当固溶温度提高到1 100 °C时，在合金中出现了α′马氏体，这是比较新颖的现象。TEM分析证实α′马氏体可在热诱发ε马氏体的交叉处形成。拉伸试验表明950 °C固溶合金的屈服强度和抗拉强度最高，分别达到350 MPa和805 MPa，伸长率约为50%。当固溶温度升高至1 050 °C，由于晶粒尺寸增加导致强度降低，但伸长率可以达到70%以上。随固溶温度进一步增加，合金的强度和伸长率均降低，但伸长率仍然高于60%。在塑性变形初期合金的加工硬化率显著降低，随应变继续增加，加工硬化率的降低逐渐趋于平缓。在相同的塑性应变下合金的加工硬化率随固溶温度升高而降低。采用Hollomon方程对应力应变关系进行拟合，发现当塑性应变高于0.1后，合金的加工硬化指数随固溶温度升高而增加。

关键词：形状记忆合金铁基合金微观组织力学性能马氏体相变

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自振空化射流冲蚀模式与机制研究

机械工程学报 2024年第6期60卷 378-385页

作者：蔡腾飞潘岩王啸林马飞祝启恒韩健北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528399

自振空化射流冲蚀模式是射流作业的最直观特征,但其演化机制尚不完全清晰,限制了模式的主动调控及射流高效应用。首先基于自振空化射流冲蚀试验,探明冲蚀模式随空化数和靶距的演变规律,通过高速摄像手段获取不同冲蚀模式下空泡云瞬时形... 详细信息

自振空化射流冲蚀模式是射流作业的最直观特征,但其演化机制尚不完全清晰,限制了模式的主动调控及射流高效应用。首先基于自振空化射流冲蚀试验,探明冲蚀模式随空化数和靶距的演变规律,通过高速摄像手段获取不同冲蚀模式下空泡云瞬时形态特征,采用正交模态分解得到空泡溃灭的统计规律;在此基础上,基于瞬态大涡模拟的计算流体动力学仿真方法,获得典型冲蚀模态下流体动力学特性,深入探究并揭示冲蚀模式形成机制。研究结果表明,不同空化数下随靶距变化,射流冲蚀特征呈现出3种典型冲蚀模式A、B、C,其中冲蚀模式A由冲蚀环1和较大冲蚀环2组成,冲蚀模式B仅包含冲蚀环1,冲蚀模式C主要由冲蚀环1及较小冲蚀环3组成;三种冲蚀模式中,均存在冲蚀环1,其能量最强,为主环,而不同冲蚀模式之间的转换方式与空化数有关。三种冲蚀模式形成机制如下:靶距较短时,冲蚀模式A中冲蚀环1由空化射流剪切生成的主空泡云溃灭空蚀而成,冲蚀环2由壁面涡环产生的次生空泡云溃灭造成;靶距较长时,冲蚀模式B仅包含冲蚀环1,该冲蚀模式下射流空蚀能力较强;特定空化数及靶距下,冲蚀模式C中冲蚀环1及冲蚀环3,分别由空化射流的主云团与次云团交替脱落后,依次撞击靶物产生。

关键词：自振射流空化射流冲蚀模式空泡云流体动力学

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烧结过程温度场数值模拟及烧结终点参数影响

钢铁研究学报 2024年

作者：杨双平张益玮刘起航王苗池延斌董洁西安建筑科技大学冶金工程学院

烧结是整个钢铁工业生产中一个不可缺少的环节，烧结过程中参数的变化会直接影响烧结矿的质量和产量。以某钢厂150m2烧结机为研究对象，用Fluent仿真模拟软件对烧结工艺参数进行模拟，通过建立合适的物理数学模型，依据现场实际数据来... 详细信息

烧结是整个钢铁工业生产中一个不可缺少的环节，烧结过程中参数的变化会直接影响烧结矿的质量和产量。以某钢厂150m2烧结机为研究对象，用Fluent仿真模拟软件对烧结工艺参数进行模拟，通过建立合适的物理数学模型，依据现场实际数据来模拟料层内温度场变化的规律，并采用单因素分析法，研究配碳量、孔隙率、料层厚度及抽风负压等参数对烧结终点所需时间的影响，确定了最佳工艺参数。研究结果表明：增加配碳量，烧结终点时间变短，在配碳量(质量分数，余同)为4.23%时烧结终点位置最佳；增加料层孔隙率，烧结终点时间变短，当孔隙率为0.49左右时烧结终点位置最佳；增加料层厚度，烧结终点时间延长，当料层厚度达到734.13mm时，垂直烧结速度达到最大为0.321mm/s；提高抽风负压，烧结终点时间会缩短，当抽风负压达到15kPa时，垂直烧结速度最佳。在优化后的工艺参数下烧结矿的质量和产量也得到了提高。国内外对烧结过程模拟以及参数优化研究较少，因此本研究对钢铁企业烧结过程参数优化起到一定的指导作用。

关键词：烧结 Fluent数值模拟温度场模拟传热传质烧结终点参数

基于一维空洞卷积神经网络的故障电弧检测方法

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 492-501页

作者：蒋慧灵白嘎力周郑邓青滕杰张越周亮周正青北京科技大学金属冶炼重大事故防控技术支撑基地北京100083 北京科技大学大安全科学研究院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 呼和浩特市烟草公司呼和浩特010020

串联故障电弧因多样性、相似性和隐蔽性而难以被检测,容易引发故障电弧保护装置误报和漏报。采用一维空洞卷积神经网络(one-dimensional dilated convolutional neural network,1D-DCNN)提取以高采样率采集的故障电弧电流特征,引入扩展... 详细信息

串联故障电弧因多样性、相似性和隐蔽性而难以被检测,容易引发故障电弧保护装置误报和漏报。采用一维空洞卷积神经网络(one-dimensional dilated convolutional neural network,1D-DCNN)提取以高采样率采集的故障电弧电流特征,引入扩展型指数线性单元(scaled exponential linear unit, SeLU)激活函数和残差连接解决梯度消失和网络退化问题,并结合平均集成学习和Softmax多分类器建立故障电弧检测模型。实验结果表明:所提方法对单负载和混合负载故障电弧的检测准确率达99.67%,相应负载识别准确率达99.95%,总体预测结果准确率达99.62%,优于传统卷积神经网络(convolutional neural network, CNN),满足故障电弧检测要求,有助于串联故障电弧检测和负载识别。

关键词：一维空洞卷积串联故障电弧支路故障电弧故障电弧检测负载分类

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粉煤灰制备沸石的技术及应用现状

材料导报 2024年第7期38卷 106-119页

作者：张鹏陈星月李素芹任志峰李怡宏赵爱春何奕波太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

粉煤灰(CFA)是发电厂在燃煤过程中形成的固体废弃物,其大量堆积造成的环境污染以及可回收资源浪费问题亟需解决。在粉煤灰众多再利用方式中,制备高吸附性能的沸石是实现粉煤灰高附加值应用的有效途径之一。来源不同的粉煤灰理化性质差... 详细信息

粉煤灰(CFA)是发电厂在燃煤过程中形成的固体废弃物,其大量堆积造成的环境污染以及可回收资源浪费问题亟需解决。在粉煤灰众多再利用方式中,制备高吸附性能的沸石是实现粉煤灰高附加值应用的有效途径之一。来源不同的粉煤灰理化性质差异较大,因此,制备沸石材料之前需采取不同的方法对其进行活化预处理。本文概述了沸石合成工艺之间的关系及其优缺点,并进一步阐述了粉煤灰基沸石在废水处理、气体吸附分离以及土壤改良等方面的应用前景。从粉煤灰预处理、沸石合成方法、产物应用领域等三个方面对粉煤灰制备沸石的整体发展趋势进行了展望。

关键词：粉煤灰沸石预处理绿色合成重金属吸附修复

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基于常时微动的单结构面危岩体损伤识别实验

工程科学学报 2024年第4期46卷 589-599页

作者：吴志祥谢谟文张晓勇张磊王建慧陈新北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京市水科学技术研究院北京100048

危岩体的动力学参数能够表征危岩体与基岩之间结构面的损伤,实际工程中人工激励危岩体较为困难,因此,如何根据场地常时微动特征识别危岩体动力学参数仍是亟需解决的问题.本文将常时微动激励下的危岩体振动问题归为欠阻尼条件单自由度结... 详细信息

危岩体的动力学参数能够表征危岩体与基岩之间结构面的损伤,实际工程中人工激励危岩体较为困难,因此,如何根据场地常时微动特征识别危岩体动力学参数仍是亟需解决的问题.本文将常时微动激励下的危岩体振动问题归为欠阻尼条件单自由度结构受迫振动问题,将危岩体频谱幅值与基岩频谱幅值之比作为相对幅值谱,通过相对幅值K>1的最大峰值点对应的频率得到危岩体的一阶固有频率.以宏观裂缝控制型危岩体(悬臂式和错断式危岩体)及微观裂隙控制型危岩体(滑移式危岩体)为研究对象,通过模型实验验证了常时微动条件下测量危岩体一阶固有频率的可行性,通过切割裂缝模拟悬臂式危岩体和错断式危岩体结构面损伤弱化,发现随着损伤程度加剧,一阶固有频率呈明显下降趋势;通过水溶胶冻结融化模拟滑移式危岩体结构面损伤弱化,随着损伤程度加剧,其一阶固有频率无明显变化,高频段的重心频率发生明显变化.实验结果表明对于宏观裂缝控制型危岩体结构面损伤可通过危岩体的一阶固有频率进行识别,对于微观裂隙控制型危岩体结构面损伤可通过危岩体高频段的重心频率变化进行识别,将两者综合起来对危岩体结构面损伤进行识别将更加有效.

关键词：单结构面危岩体损伤识别常时微动相对幅值动力特征