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B/N 摻雜型 Al-Ti-C 系晶種合金

鋁合金結(jié)晶組織的微細(xì)化會(huì)顯著提高鋁材的強(qiáng)韌性、組織均勻性、致密性、耐蝕性、加工工藝性和表面質(zhì)量等，并減少偏析和裂紋等諸多鑄造缺陷。目前，國內(nèi)外通常采用 Al-Ti-B 或 Al-Ti-C 中間合金來細(xì)化晶粒，但 Al-Ti-B 中間合金 126 的形核襯底質(zhì)點(diǎn) TiB2 本身的直徑大小在 0.5-3.0μm，而且往往以較大的聚集團(tuán) 形式存在，如此大的顆粒團(tuán)在加入到鋁合金中后會(huì)帶來一系列的副作用。而普通 Al-Ti-C 中間合金細(xì)化效果不穩(wěn)定，易衰退，難以滿足鋁制品產(chǎn)品質(zhì)量的要求。 Al-Ti-C 中間合金之所以細(xì)化效果不穩(wěn)定和容易衰退，是由于其中的 TiCx 晶體存在較多碳空位，從而使之失穩(wěn)，且隨 TiCx中碳空位數(shù)量的增加，Al 原子在 TiCx 表面的偏聚及有序化受到抑制，由原來的完全共格逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耆?格。因此，減少 TiCx中的碳空位是提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和生核效率的關(guān)鍵。研究表明，無空位的 TiC 是鋁的有效生核襯底，在接近凝固點(diǎn)的鋁熔體中， Al 原子能夠依附于其周圍形成一個(gè)完全共格的有序區(qū)，最終促進(jìn) α-Al 生核和鋁晶粒細(xì)化。經(jīng)過長期的研究和探索發(fā)現(xiàn)，TiCx 中的碳空位可以被原子半徑較小的 B、N 等原子填充，最終形成摻雜型的 TiCxB1-x和 TiCxN1-x等粒子，從而降低空位濃度并提高異質(zhì)生核能力。 B 摻雜型 Al-Ti-C 晶種合金中含有大量直徑在 1μm 以下（亞微米）的 TiCxB1-x 晶核襯底粒子，且彌散分布，當(dāng)將該中間合金以微量（0.15%左右）加入到待細(xì)化的鋁及其合金熔體中后，立即釋放出大量的亞微米級(jí)的摻雜型 TiC 晶核，從而使待細(xì)化鋁合金的晶粒組織得到顯著細(xì)化甚至超細(xì)化（指晶粒直徑在微米級(jí)）。因此，采用摻雜型 Al-Ti-C 晶種合金對鋁熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化處理將是鋁加工行業(yè)又一次重要的技術(shù)進(jìn)步。

山東大學(xué) 2021-04-13

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