銅合金熔體泡沫陶瓷離心過(guò)濾凈化數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、銅合金作為一類重要有色金屬材料，在國(guó)防和電力等工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，對(duì)銅合金潔凈度的要求日益提高。泡沫陶瓷過(guò)濾技術(shù)被公認(rèn)為是去除合金熔體中非金屬夾雜物的有效方法。為了濾除更加細(xì)小的夾雜物而采用小孔徑、大厚度的泡沫陶瓷過(guò)濾器時(shí)，由于過(guò)濾阻力增大影響了過(guò)濾速度，甚至難以完成過(guò)濾過(guò)程。
　　合金熔體泡沫陶瓷離心過(guò)濾技術(shù)是一種新的過(guò)濾凈化方法，它借助離心力使合金熔體通過(guò)孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過(guò)濾器，從

2、而提高過(guò)濾效率和過(guò)濾速度。
　　本文以銅合金熔體泡沫陶瓷離心過(guò)濾工藝為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)研究了過(guò)濾溫度、離心轉(zhuǎn)速、泡沫陶瓷孔徑和泡沫陶瓷厚度等過(guò)濾工藝參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響；通過(guò)SEM技術(shù)獲取泡沫陶瓷幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用Weaire-Phelan泡沫模型構(gòu)建了接近實(shí)際泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的三維模型，利用數(shù)值模擬方法研究了銅合金熔體在不同過(guò)濾工藝參數(shù)條件下，過(guò)濾阻力和過(guò)濾效率變化規(guī)律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，得到如下

3、主要結(jié)論：
　　（1）過(guò)濾實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果表明，泡沫陶瓷離心過(guò)濾與重力過(guò)濾相比，離心過(guò)濾借助于離心力，可采用孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過(guò)濾器對(duì)合金熔體進(jìn)行過(guò)濾，有利于提高銅合金潔凈度和過(guò)濾速度，提高銅合金的力學(xué)性能。
　?。?）數(shù)值模擬結(jié)果表明，泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力的主要因素。各因素對(duì)過(guò)濾效率的影響強(qiáng)弱順序是：泡沫陶瓷孔徑>泡沫陶瓷厚度>離心轉(zhuǎn)速>過(guò)濾溫度；影響過(guò)濾阻力強(qiáng)弱順序是：泡沫陶瓷孔徑>泡沫陶

4、瓷厚度。提高離心轉(zhuǎn)速有利于克服流動(dòng)阻力，提高過(guò)濾溫度有利于克服熱阻。
　?。?）Weaire-Phelan模型是公認(rèn)的最具代表性的泡沫幾何結(jié)構(gòu)模型之一。構(gòu)建以Weaire-Phelan模型為基本骨架的泡沫陶瓷三維幾何模型，關(guān)鍵是準(zhǔn)確獲取泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)參數(shù)和Plateau邊界處理。
　　（4）數(shù)值模擬結(jié)果和過(guò)濾實(shí)驗(yàn)規(guī)律基本吻合，兩者之間出現(xiàn)較小偏差的原因是，在進(jìn)行數(shù)值模擬過(guò)程中沒(méi)有考慮合金熔體、夾雜物和泡沫陶瓷三者之間的界面行