镁合金铸造成形过程宏观/微观模拟.pdf
第29卷第11期 2010年11月 中国材料进展 MATERIALS CHINA Vo1.29 No.11 NOV.2010 豳 镁合金铸造成形过程宏观/微观模拟 熊守美,荆 涛,韩志强 (清华大学机械工程系,北京100084) 摘 要:通过研究镁合金压铸过程中界面热,采用热传导反算法确定压铸过程的界面换热系数,研究镁合金压铸过程中工艺 参数及凝固过程对铸件界面换热系数的影响规律,建立镁合金压铸过程界面换热边界条件的处理模型,以实现镁合金压铸过 程中凝固过程的准确预测。通过实验研究镁合金压铸过程中凝固组织,建立了镁合金压铸过程中形核模型。采用CA方法, 建立了镁合金枝晶生长模型,以实现镁合金凝固组织的预测。采用相场方法研究了镁合金枝晶生长形貌。 关键词:镁合金;铸造成形;宏观/微观模拟 中图分类号:TG244;0242 文献标识码:A 文章编号:1674—3962(2010 J11—0055~O8 Macro/Micro Modeling of Casting Process of Magnesium Alloys XIONG Shoumei,JIN Tao,HAN Zhiqiang (Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract:The interracial heat transfer behavior in high pressure die casting(HPDC)process of magnesium alloy was firstly studied.The inteffacial heat transfer coemcient(IHTC)was determined by the inverse heat transfer estimation method and the influence of the processing parameters and the solidification process on the IHTC of HPDC process was in— vestigated.A thermal boundary condition model for the HPDC process of magnesium alloy was finally developed SO that the solidification process of high pressure die cast magnesium alloys could be accurately predicted.Besides.a nucleation mod— e1 of magnesium alloy for the HPDC process was established by experimentally studying the solidification microstructure of magnesium alloy HPDC process and the cellular automaton(CA)was used to model the crystal growth of magnesium alloys to predict the solidification structure.The three dimensional morphology of the dendrite growth of magnesium alloys was al— SO studied by using phase field method. Key w0rdS:magnesium alloys;casting process;macro/micro modeling 1 前 言 镁合金铸造成形方法主要是高压铸造成形,约 90%的镁合金成形零件由高压铸造方法成形。高压铸造 过程中铸件/铸型的界面传热对铸件凝固过程及模具热 平衡过程具有重要影响,同时也是实现镁合金压铸凝固 过程模拟的关键边界条件,是镁合金凝固组织模拟的重 要基础。因此,为实现镁合金压铸组织性能预测,课题 研究工作首先通过研究镁合金压铸过程中界面热,建立 镁合金压铸过程界面换热边界条件的处理模型,以实现 镁合金压铸过程中凝固过程的准确预测。通过实验研究 镁合金压铸过程中凝固组织,建立镁合金压铸过程中形 收稿日期: 基金项目: 通信作者: 2010—09—30 国家973计划项目(2006CB605208);国家863计划项 目(2009AA03Z114) 熊守美,男,1966年生,教授,博士生导师 核模型。采用改进元胞自动机(Cellular Automation, CA)方法,建立镁合金枝晶生长模型,以实现镁合金凝 固组织的预测。采用相场方法研究镁合金枝晶生长 形貌。 2 国内外研究现状及发展趋势 2.1 镁合金压铸过程界面传热 压铸过程与普通铸造过程有着很多不同,主要表现 在:压铸过程是大规模连续生产过程,在压铸过程中液 态金属首先进入压室,经过低速压射阶段后,液体金属 以高速通过浇口进入型腔,并在高压下凝固,再经过开 模、取件、喷涂及合模后,开始下一循环,因此,影响 压铸过程界面换热系数的关键因素主要为压铸工艺参 数、铸件几何形状和铸件以及铸型材料等参数。 在铸造过程界面换热的研究中,针对压铸过程的研究 非常有限 。 ,很少有镁合金压铸过程界面换热系数研究 的报道。同时,对于压铸凝同过程中,铸件凝固速度快, 56 中国材料进展 第29卷 用于求解边界条件的反算模型或方法与普通铸造过程有着 很大的区别,为了保证反算结果的准确性,采用合理的数 学模型以及选择有效的计算参数是非常重要的。 采用热传导反算法求解界面换热系数的准确性,在 很大程度上取决于实验中温度测量的准确性,而精确地 测量则受到测量仪器本身的制约,同时,精确地求解界 面换热系数还受制于测量得到的温度数值是否满足特定 条件下反算的要求。研究发现,求解压铸过程界面换热 系数要综合考虑各方面的要求,在测量仪器准确性得以 保证的前提下,温度采集频率一定要很高,否则会丢失 压射之后温度迅速变化的相关信息,使得计算结果不够 准确 。同时,一定要有距离模腔表而很近的测温点的 温度值,这样才能保证计算结果的稳定性和『停确性。 Nelson ,Hong 以及Papal 等进行了早期的关于 压铸过程界面换热行为的研究,在实际的压铸机上进行 了相关的文验,他们均采用在模具内部安插热电偶的方 式进行测温,同时,根据插值或反算求解了换热系数或 界面热流的值。近期,Dour 以及Hamasaiid和Dour 等进行了较为系统的压铸实验,采用热传导反算法分别 求解了A1—12%Si合金以及A380合金薄壁铸件和铸型 之间的换热系数。研究发现:压铸过程界面换热系数在 数值上要远高于普通铸造情况下对应的值,而且工艺参 数对界面换热系数的影响只集中于换热系数的峰值,同 时高的高速速度和低的初始铸型温度会导致高的换热系 数峰值。Hamasaiid和Dour“ 也进行了压铸实验,研究 了合金AZ91D下的界面换热系数,他们分析了南于测温 位置以及汁算过程而引起的误差,同时其研究发现金属 液冲击铸型表面所引起的压力以及高速速度等对界面换 热系数的影响较大。 到目前为止,针对压铸过程界面换热系数的研究工 作是相对较少的,而且关于界面换热系数的认识仪停留 在铸件的一个位置上,而实际的压铸件则一般都具有较 为复杂的形状 .义献中的相关T作也没有系统地研究合 金成分对于换热系数的影响,同时,针对换热系数的研 究也只停留在对实验以及计算结果的直观的理解上,并 没有深入分析换热系数和铸件凝同过程之间的深层次关 系。因此,设计压铸实验,针对换热系数进行较为系统 的研究,深刻地理解换热系数的变化规律就成为了现阶 段研究工作的一个重要课题。 2.2镁合金GA方法组织模拟 由于镁合金具有密排六方的品体结构特征,其枝晶 形貌与具有面心立方(fcc)和体心立方(bcc)晶体结构金 属的枝品形貌有较火不同。在自由生长条件下,镁合金 等轴品在与c轴乖直的二维平面上的生长形貌,显示了 类似雪花状的六蓖对称性特征,这一特征已经被实验所 证实。 在正方形网格上采用CA方法模拟枝品生长时,会 在0。,45。和90。方向上引入枝晶生长的“伪动力学”(Ar- tificial Kinetics);在很多CA模型中,借助这种“伪动力 学”,模拟了具有四重对称特征的枝晶形貌,如具有体心 立方和面心立方晶体结构金属的枝品形貌。然而,在正 方形网格下用CA方法模拟镁合金的枝晶形貌时,由于 正交网格引入的这种“伪动力学”,使具有六重对称形貌 的镁合金枝晶在45。和90。方向上的生长受到干扰,且在 60。和120。方向上的生长受到阻碍。所以,由于在45。和 90。方向上引入了“伪动力学”,使得在正方形网格下采用 CA方法模拟具有六重对称性特征的镁合金枝晶形貌较为 闲难。 一些学者已经在采用CA方法模拟镁合金凝固过程 枝品形貌方面作m了探索性研究工作。Huo等人” 采用 基于形状函数的CA方法模拟了镁合金枝晶形貌演化。 在该方法中,枝品的轮廓被假设为某一几何形状并由一 组数学函数来描述,即需要在模拟之前事先假定枝晶的 形貌;枝晶不断长大的物理过程被转化为代表各个枝品 臂轮廓的几何形状不断扩大的数学描述。该方法避开了 正方形网格带来的各向异性,具有模型简单、计算量低 的优点;但该模型没有考虑二次以上的高次枝晶臂的生 长。付振南等人 通过设置特别的捕获规则,用改进 CA方法模拟了镁合金枝品生长。在该模型中,基于界面 上的溶质守恒计算出固一液界面沿坐标轴方向上的速度 分量,进而得到界面单元的同相率变化;在正方形网格 下,通过捕获最近邻的全部8个单元和次近邻的l6个单 元中的6个单元,来体现镁合金枝晶形貌的六重对称性 特征。该方法利用两层邻居单元的特殊捕获规则,在_IF 方形网格下体现出了镁合金枝品形貌的六重对称性特征, 但是,该模型依然受到四方网格各向异性的影响,各枝 品臂之间的夹角仅近似为“rr/3。。 2.3 镁合金凝固微观组织相场模拟 在相场模拟的研究过程中,第一次把各向异性用于 相场模型并且获得纯物质树枝状凝固模拟结果的是Koba— yashi¨ ,随后该模型被扩展到 维尺度并且获得了较 为真实的模拟结果,如图l所示。其后Wheeler J5等在 Allen—Cahn和Cahn—Hilliard热力学模型基础上将相场 模型扩展到两元合金,Warren 在WBM模型基础之上 第一次模拟了Al—cu合金的树枝晶,同时为了模拟三维 的合金树枝晶开展了并行算法,第一次获得了真实的合 金j维树枝晶模拟结果。由于相场参数是在尖锐界面下 通过渐进分析获得的,Gibbs—Thomson效应限制了相场 的计算效率,后来Karma和Rappel”对相场模型进行薄 58 中国材料进展 第29卷 ——— ● ●s n‘ 。J l . . —————■ { ——— 1 . 9 uJ ∞ 旦 ca 9 0 E 凸 同3 ·维传热模型 Fig.3 One dimensional heat transfer model l/DM。e_nafssudre{sm【aenncte + / l / / 一 Minimun error. . 1E一4 1E一3 0 01 0.1 1 Dimensionaless Back Caluation Time Stepping,A! 图4不同测温点位置的反算法求解的误差分析 Fig 4 Error analyses of inverse thermal estimation method of different temperature measurement locations 对热传导反算误差的影响。 设计了用于压铸过程铸件一铸型界面换热系数研究的 “阶梯”铸件(如图5所示)和测温单元,系统地进行了压 铸实验,准确地测量了不同合金及不同 艺条件下铸型内 部的温度曲线。采用所建立的热传导反算模型,求解了不 同合金及压铸丁艺参数条件下的界面换热系数,图6为 AM50合金典型测温曲线及热传导反算结果。 图5用于压铸实验研究的阶梯铸件 Fig.5 The step—shape casting used for die casting experiment 图6 AM50合金典型测温结果及热传导反算结果 Fig.6 Typical temperatnre measurement results and inverse calculation results of AM50 alloy 系统研究了铸件壁厚、合金以及压铸工艺参数对换 热系数的影响,建立了界面换热系数和铸件凝固分数(如 图7所示),换热系数峰值和铸型初始表面温度(如图8 所示)的函数关系。 图7 AMSO不同铸件厚度条件下凝困速率与界面换热系数的关系 Fig.7 The relationship between the solidification rate and the inteffacial heat transfer coefficient of different casting thicknesses of AM50 ./℃ 图8 AM50合金界面换热系数峰值与模具初始表面温度的关系 Fig.8 The relationship between the peak value of interracial heat transfer coefficient of AM50 and the initial die surface temperature ,.E.^^ .0\c口仁 .E.^^ ∞0、奇 8 7 6 5 4 3 2 1 O 0 O 0 0 O 0 0 第11期 熊守美等:镁合金铸造成彤过程宏观/微观模拟 59 将界面换热系数分为初始升高、峰值维持、快速下 降以及低值保持4个阶段,建立了压铸过程铸件一铸型 边界条件设定模型(如图9所示),并用于实际压铸件凝 固过程模拟及模具热平衡分析。采用所开发的边界条件 处理模型及热平衡分析软件对一汽铸造公司汽车方向盘 压铸件(AM50合金)在实际压铸生产过程中铸件凝固模 具热平衡进行了模拟。图1O显示了铸件第1个循环周期 中铸件凝固过程温度变化。 ,7max ,7 ,7 ht=^ 、=exp(“/ )×Tr 1 ”= 一 ≮ \ ^ =h ×(/『, ) \Ⅲ \ = 一0.1×h 。IV“ T 1 0 1 ,s 图9压铸过程界面换热系数边界条件设定模型 Fig.9 The boundaw-condition model of the inteffacial heat transfer coefficient in die casting process . . 370 . . . 308 246 184 122 60 . . . .菇 图10方向盘铸件第一个循环中温度随时间的变化, (a)一(j)时间间隔为0 9 S Fig.10 Temperature of the steering wheel casting at dif- ferent time in the first cycle with the time interval of0.9 sec from(a)to(j) 3.2镁合金CA方法组织模拟 针对镁合金枝晶形貌的特点,本研究采用基于2套 网格的CA方法,建立了模拟镁合金凝固过程枝晶形貌 演化的二维和三维模型。在二维模型中,采用正六边形 网格进行CA过程计算,采用四边形正交网格进行溶质 场计算;在三维模型中,CA计算是在类似于密排六方空 间点阵结构的三维空间单元布局上实现的,而溶质扩散 方程计算在正六面体网格上进行。网1l为二维和三维 CA单元捕获规则的示意图。 (c) 图11二维(a)和三维(b),(C)CA单元的捕获规则示意图, (b)为相邻三层CA单元示意网,(c)为CA单元在三维 空问捕获邻居单元的示意图 Fig.1 1 Schematic diagram of capture roles of CA ceils of two dimen— sional model(a)and three dimensional删acent layers of CA cells(b)and three dimensional captured aajacent cells 采用上述模型模拟计算了二维和三维条件下镁合金 凝同过程中微观组织的演化。二维条件下AZ91D镁合金 单个和多个等轴晶生长模拟,以及和实验金相照片的对比 见图12。从图12a,c中可以看到,随着一次枝晶臂的长 大,镁合金枝晶形成具有规则六重对称特征的雪花状形 貌;二次枝晶臂及高次枝晶臂生长的细节得到了良好的表 现,且二次臂与一次臂间呈60。夹角;冈12中模拟结果和 实验结果的对比显示,两者的形貌吻合较好。二维条件下 定向凝固多个柱状枝晶生长的模拟结果见图13。 中同材料进展 第29卷 (b) (d) 图12(a)和(b)AZ91D镁合金单个等轴晶生长模拟结果和金卡u照片,(e)和(d)多个等轴品生长模拟结果和金相照片 Fig.12 Simulation results arid metallographie photos of a single equiaxed clystal growtii(a)(b)ant]po1)’一equiaxed mystals growth(c)(d) 0f AZ9 1 D magnesium alloy 一 l 。 鬻’。 11 9 7 5 函。 ■ (b) 1 % 7 警 罔13 模拟得到的AZ91 I】镁合金定向凝同条件F柱状枝品的生长,枝晶生长方向与温度梯复方向夹角分别为(a)0和(b)'rr/3 Fig 1 3 Simulation results of the columnar dendritic growth of direetionally solidified AZ91 D magnesium alloy,the angle between the diree tion of the dendrite mTstal growth and the direction o{the tenlperalure gradient is 0(a)and 7r/3(b) 三维条件下单个镁合金等轴晶的形貌演化如冈14所 示。从图14a可以看到,在凝固初始阶段,枝品存与C 轴垂直的生长基面上及沿c轴方向上的生长基面j-都生 长出一次枝晶臂,各一次臂之间都呈60。夹角;由于处于 凝同早期,二次枝品臂还没有形成,但一次枝品臂L已 经出现了二次枝品臂的凸起。从图l4b可以看到,充分 发展的等轴晶 二维形貌中的一次枝晶臂L生长出了发达 的二次枝晶臂,并且在二次枝品臂上还出现了高次枝晶 臂的凸起;在与C轴垂直的生长基面上,枝品表现出了 雪花状的六重对称性特征。在过一次臂轴线且与生长基 面垂直的平面上也生长出二次臂,并且所有的二次臂与 一次臂都呈60。夹角:图14c为该枝晶溶质场的二维截面 图。将此结果与图14d实验金相照片比较,二者的吻合 情况良好。 图14 AZ91D镁合金等轴晶形貌三维模拟结果。 p:(a)为凝阎初始时期,(h)为充分发展的等轴晶,(c)为与c辅垂卉的 生长基面} 枝晶二维溶质场示意图,(d)为AZ91 D镁合金金属型试样的金相照片 g.14 3D simulation resu]ts of an equiaxed crystal tool’phology of AZ91 D magnesium alloy al the beginning of solidfication(a)and ful1)’ developed eD,stal(b),schematic diagram of 2D solute field of dendrite crvs[al oil the base plane perpendieula~‘1o the c—axis ((:),and the metallographic photo of AZ9 1 D S[tlnple of permanent mold casting pioess(d) 3.3 镁合金凝固微观组织相场模拟 基于对凝周理论、相场热力学基础及多品凝同的相场 算法的认识,建立了镁合金二维及三维相场模型、多晶凝 同模型及其算法,模拟了镁合金凝固过程中枝品臂竞争生 第l1期 熊守美等:镁合金铸造成形过程宏观/微观模拟 61 长、颈缩、熔断、融合等现象,研究了参数的选取对镁合 金枝晶生长的影响。图15为采用相场方法得到的镁合金 单个品粒及多晶粒生长形貌的模拟结果及验证,图16为 镁合金晶格点阵的两种生长模型及三维模拟结果。 图l5 模拟结果的切片与金相试验的对比结果及多晶粒模拟结果 图16基于品格点阵的两种生长模型及三维模拟结果 4 结语 镁合金铸造成形过程宏观/微观模拟是镁合金铸造成 形过程研究的重要发展方向之一,本文综述了镁合金压 铸过程凝固过程数值模拟、微观组织模拟的国内外研究 现状及发展趋势,并结合作者的研究工作重点介绍了镁 合金压铸过程铸件/铸型界面传热及镁合金微观组织模拟 的研究进展。 采用热传导反算法,求解了压铸过程铸件/铸型界面 换热系数,系统研究了压铸工艺参数对铸件/铸型界面换 热系数的影响规律,建立了压铸过程铸件一铸型边界条 件设定模型,并用于实际压铸件凝同过程模拟及模具热 平衡分析。 针对镁合金枝晶形貌的特点,本研究采用基于2套 网格的CA方法,建立了模拟镁合金凝固过程枝晶形貌 演化的二维和三维模型。在二维模型中,采用正六边形 网格进行CA过程计算,采用四边形正交网格进行溶质 场计算;在三维模型中,CA计算是在类似于密排六方空 间点阵结构的三维空间单元布局上实现的,而溶质扩散 方程计算在正六面体网格上进行。 基于对凝固理论、相场热力学基础及多晶凝固的相 场算法的认识,建立了镁合金二维及三维相场模型、多 晶凝固模型及其算法,模拟了镁合金凝固过程中枝晶臂 竞争生长、颈缩、熔断、融合等现象,研究了参数的选 取对镁合金枝晶生长的影响。 参考文献References [1]ElMahallawy N A,TahaM A,Pnkora E,et a1.OntheInfluence of Process Variables on the Thermal Conditions and Properties of High Pressure Die—Cast Magnesium Alloys[J].Journal of Materials Pro— cessing Technology,1998,73:125—138. [2]Rosindale I K D.Steady State Thermal Model for the Hot Chamber Injection System in the Pressure Die Casting Process[J].Journal of Materials Processing Technology,1998,82:27—45. [3]Garza H,Miller R A.The Effects of Heat Released during Fill on the Deflections of Die Casting Dies[J].Journal of Materials Pro. cessing Technology,2003,142:648—658. [4]Beekermann C,Viskanta R.Mathematical Modeling of Transport Phenomena during Alloy Solidification[J].Applied Mechanics Re. views,1993,46:1—27. 1 5 J Broucaret S,Michrafy A.Dour G.Heat Transfer and Thermo.Me. chanical Stresses in a Gravity Casting Die.Influence of Process Pa— rameters[J].Journal ofMuterials Processing Technolog),,2001, 110:211—217. [6]Carlson K D,Lin z,Beckermann C.Modeling the Effect of Finite —Rate Hydrogen Diflusinn on Porosity Formation in Aluminum a1. 62 中罔材料进展 第29卷 loys[J].Metallurgical and Materials Transactions,2007,38B: 54l一555. [7]Carlson K D,Lin Z,Hardin R A,et a1.Modeling of Porosi%For— mation and Feeding Flow in Steel Casting[C]//In:Stefanescu D M,Jolly M,Krane M.Modeling of Casting,Welding and Advanced Solid~cation Process .Destin.FT ,San Diego.California:Miner— als,Metals and Materials Society(TMS),2003:295~302. [8]Huang J,Mori Conley J G.Simulation of Microporosity Fomla· tion in Modified and Unmodified A356 Alloy Castings[J].Metallur- gical and Materials Transactions B,1998,29B:1 249—1 260 [9]Lee P D,Chirazi A,See D Modeling Mieroporosity in Aluminum— Silicon Alloys:A Revie、 [J].Journal of Light Metals,2001,1: l5—30. [1O]Lee P D,Hunt J D H drogen porosity in directionally solidified a— luminium—copper allo)s:A mathematical model[J].Acta Ilateri— alia,2001,49:1383—1398. [11]Huo L,Han Z Q,Liu Z Y,l,iu B C A Simplified CA Method fox Simulating the Mierostructure of Magnesium Alloy Components 『J].Materials Science Forum.2007,561—565:1797—1800 [12]Fu Zhennan(付振南),Wu Qinyan(许庆彦),Xiong S M(熊守 美).基于概率捕获模型的元胞自动机方法模拟镁合金枝晶生 长过程f J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals(中国有色 金属学报),2007,17(10):1 567—1 573 [1 3]Kobayashi R.Modeling and Uumerical Simulations of 1)endritie Crystal Growth[JI.Physica D,(1993)63(3—4):410—423. [14 J WmFen J A,Kobayashi A,Lobkovsky A,et al Extending Phase Field Models of Solidification to Polycrystalline Materials[J] c— ta Mater,(2003)51,6 035—6 058. [15]Wheeler W A,Boettinger J A,McFadden G B.Phase—Field Model foI Isothermal Phase Transitions in Binary Alloys[J]. Rev A,45(10)(1992),7424—7439. [16]George W 1 ,Warren J A.A Parallel 3I)Dendritic Growth Sinm— lator Using the Phase—Field Method[J], 唧P^ ,2002, 177:264—283 [1 7]Karma A,Rappel w J Phase—Field Method for Computationally efficient Modeling of Solidification with Arbitrary Interface Kinetics [J]PhysRevE,1996,53(4):R3 017一R3 020 [1 8]Haxhimali T,Karma K.Gonzales F,el a1.Orientation Selection in Dendritic Evolution J .Nature Mater,2006,5(8):660 —664. f l9]Provatas N,Gohlenfold N,Dantzig J A.Efficient computation of Dendritic Miraoslructures Using Adaptive Mesh Refinement[J]. Rev Lett,1998,80(15),3 308—3 311. [2O]Grdn6sy L,Pusztai T,BZ/irzs~nyi F,et a1.A General Mechanism for Polycrystalline Gro~lh J].Nature Mater,2OO4,3:645—65o. [21]B6ttger B,Eiken J,Steinbach 1.Phase Field Simulation of Equi— axed Solidification in l'eehnical Alloys[J].Acta Mater,2006,54 (10):2 697—2 704 *{}{·}*{·}**_{·}**_{卜**{}—}卜**{÷*** }{一}**{卜_{+***{}*********{÷**{H÷* 我国学者在二氧化碳转化为碳氢化合物燃料方面取得进展 在国家自然科学基金等项目的资助下,南京大学邹志刚课题组利用人T光合成反应,将二氧化碳转化为碳氢化合 物燃料,这在利用光催化反应实现碳的循环利用方面具有积极的意义,相关研究结果发表在近期的Angew.Chem.Int. Ed.和J.Am.Soc.Chem.杂志上。 近年来,全球气候变化的矛头直指C0 。如何探索有效地控制大气巾c0:的含量,引起了有关环境、材料、化学 等多个学科科学家的极大兴趣。一些科学家也在探索如何变废为宝,利用c0 作为能源来源。一种可能的技术路径是 在常温常压下,利用光催化材料将c0 高效转化为碳氢化合物,如甲烷等碳氢化合物燃料。 但是,打散c0,分子并合成燃料用碳氢化合物需要耗费大量能量。因此,开发高效太阳能转换光催化材料已成为 当前国际材料领域为解决能源和环境问题所进行的重大前沿科学探索之一。 光催化材料可以分成第1代和第2代,第1代光催化材料主要是紫外光响应型,其典型的代表材料是TiOz。第1 代光催化材料只能利用太阳光中的紫外光,而紫外光只占太阳光能量的4%左右,可见光(400~750 nm)却占太阳光 能量的43%。早在2001年,邹志刚等人发现了In Ni。.TaO 光催化材料并应用于光解水制氢,实现了将太阳能转化 为化学能,论文发表于《自然》杂志。该工作发展了一种全新的具有可见光活性的新型复杂氧化物催化体系,代表了第 2代可见光响应型光催化材料体系研究的开始。此后,邹志刚课题组又成功地开发了一系列新的材料体系。此次,课 题组及其合作者利用介孑L NaGaO:胶体为模板,通过离子交换方法,在室温下成功合成出了ZnGa:O 介孔光催化材料。 将介孔ZnGa O 用于c0 的光还原,成功地实现了将c0 转化为碳氢化合物燃料。 该课题组还采用溶剂热法,合成出数百微米长、厚度仅为7 llm(相当于5个品胞厚度)、长/径比高达10 000的 Zn2GeO 单品纳米带。南于Zn GeO 具有一维单晶纳米结构,从而极大地降低了电子和空穴的复合几率,在CO 光还 原转化为碳氧化合物燃料反应中表现出较高的催化活性。 据悉,拓宽光催化材料的光响应范围,提高c0 转化为碳氢化合物燃料的效率是科学家下一步研究的目标。 (来源:科学时报) 第l1期 中国材料进展 47 础研究项目、阁家自然 科学基金重点项目、国 防预研基金、国家杰出 青年科学基金等30余 项;发表论文300余篇, 合作专著2部,申请专 利l6项;以第一完成人 分别获国家技术发明二 等奖l项,省部级科技 奖7项。 张永忠:男,1970 年生,教授级高工、博 士生导师;主要从事激 光快速成形、高性能复 合材料、激光熔覆修复 及表面强化、金属粉体 制备的研究T作;承担 和参加863、973、自然 基金、军工配套等近20 项科研项目的研究;获 北京市科技进步二等奖 及中国有色金属T业科 学技术二等奖各1项, 获授权国家发明专利3 项、实用新型5项,为 北京市科技新星;共发 表论文110余篇,其中 被SCI、EI等收录4O 余篇。 徐 骏:男,1954 学生,博士、教授级高 工、博士生导师,享受 国务院政府特殊津贴; 1982年毕业于北京科技 大学获学士学位、1988 年获硕士学位、2003年 为英国Brunel大学先进 凝固研究巾心访问学者; 现任北京有色金属研究 特约撰稿人熊守美 特约撰稿人邸洪双 特约撰稿人曲选辉 特约撰稿人张济山 总院有色金属加工事、 部主任;长期从事有色 金属材料及其先进制备 加T技术的研究;主持 参与973、863等课题20 多项;获省部级科技进 步一等奖1项、二等奖5 项,发表论文8O余篇, 专利16项。 张济山:男,1957 学生,工学博士,教授、 博师生导师,长江学者 奖励汁划特聘教授;现 任北京科技大学新金属 国家重点实验室副主任, 曾任国家863计划“十 五”新材料领域“纳米材 料”专项总体专家组副组 长,及圈家973汁划项 目“材料先进制备、成形 与加工的科学基础”副首 席科学家;1992年获政 府特殊津贴;主要从事 先进材料的制备及应用 基础研究;获得部级科 技进步一等奖2项、二 等奖3项,发表论文200 余篇(其中SCI收录6O 余篇,FI收录100余篇, 被引用200余次),获国 家发明专利2O余项。 曲选辉:男,1960 年生,工学博士、教授, 博师生导师;现为北京 科技大学材料科学与工 程学院院长、新材料技 术研究院院长,北京市 先进粉未冶金材料与技 术重点实验室主任,中 国材料研究学会常务理 事,中围金属学会粉末 冶金分会主仟委员,国 际科学技术数据委员会 (CODATA)中国全国委 员会执行委员,亚洲材 料数据与数据库委员会 (AMDC)执行主席,《粉 末冶金工业》、《粉末冶 金技术》杂志副主编;主 要从事粉末冶金新材料 和新技术的教学和科研 工作;主持完成包括 973、863、自然基金在 内的数十项国家级科研 课