中间合金中第二相粒子TiC和TiAl3对纯铝的细化作用

研究Al-TiC和Al-TiAl3中间合金中第二相粒子TiC和TiAl3 对纯铝晶粒的细化作用.结果表明:当TiC和TiAl3单独作为α(Al)的形核相时,两者的形核能力均较差,但TiC粒子的形核和抗细化衰退能力优于TiAl3粒子的;当第二相粒子TiC和TiAl3共同作为α(Al)的形核相,且加入量适当时,表现出较强的形核能力和抗晶粒细化的衰退能力,细化效果较显著;配成的7组晶粒细化剂中,当细化剂中Ti和C摩尔比为1.8-1时,晶粒细化效果最好;这是由于TiAl3在铝熔体中分解释放出Ti原子并向TiC粒子周围偏聚,形成的TiC/铝熔体界面富Ti过渡区促进了TiC粒子在铝熔体中的均匀分布,提高了其形核能力.     

Al-Ti-C晶粒细化剂的形核与衰减机理研究

通过SEM、XRD、EPA等分析手段，研究了液一固反应法制备的Al—Ti—C晶粒细化剂中间合金的组织特征，并结合热力学分析探讨了TiC粒子的形核与衰减机制。试验结果表明：TiC的形核机理是Ti原子以某种机制扩散至TiC粒子的表面形成富Ti，并接近TiAl3的成分，在凝固过程中TiAl3与周围Al液发生包晶反应形成α-Al；保温过程由于C从TiC向Al熔体中的扩散，使其稳定性降低及TiC向Al4C3转化，使α-Al晶格失配是细化效果衰减的主要原因。     

Al—Ti—C在铝熔体中的原位反应及其细化作用

将Al粉、Ti粉和C粉压制成Al-Ti-C预制块,在纯铝熔体中进行原位合成反应.浇注西20 mm×80 mm的金属型试样.利用X-ray衍射仪和电子探针(EPMA)分析了原位反应生成相.结果表明,在实验条件下,原位反应后的试样组织为α(Al) Al3Ti TiC.然后将自制的Al-Ti-C中间合金作为细化剂加入到铸造铝硅合金中,可使其抗拉强度提高约7%.TiC颗粒起到了异质形核剂的作用.     

Al—Ti—C铝合金晶粒细化剂的研究进展

对新型铝合金晶粒细化剂Al-Ti-C的研究进展,制备方法,细化机理进行了述评。Al-Ti-C晶粒细化剂中的异持形核核心TiC有助于Al3Ti形核,而α－Al又包在Al3Ti外面,形核几率大相同添加量的Al-Ti-B,细化效果更好,异质形核核心TiC有助于Al3Ti形核,而α－Al3Ti外面,形核几率大于相同添加量的Al-Ti-B,细化效果更好。     

基于SHS技术制备Al-Ti-C晶粒细化剂的研究

开发了一种制备Al-Ti-C晶粒细化剂的新方法--自蔓延高温合成法(SHS).分别采用直接SHS工艺和铝液中的SHS工艺制备出了所需的晶粒细化剂,结果表明:用SHS工艺直接合成的细化剂由Al和亚微米TiC粒子组成,而铝液中燃烧合成的细化剂则由Al、块状Al3Ti和粒状TiC组成.上述两种工艺制备的细化剂对工业纯铝均有良好的晶粒细化效果,但比较而言,铝液中的SHS工艺更适合细化剂的低成本制备.     

Al-Ti-C晶粒细化剂的细化机理试验研究

通过SEM分析手段，研究了液固反应法制备的Al—Ti—C晶粒细化剂的组织特征，并通过不同Ti／C的Al—Ti—C晶粒细化剂的细化效果比较，确定Al—Ti—C合金的最佳成分范围；分析了Al熔体凝固过程的形核过冷度、以及α-Al形核与长大驱动力，探讨了凝固过程中α-Al细化机制。结果表明：细化效果决定于TiC的数量、形核活性及晶粒生长限制因子的综合作用。     

Al—Ti—C中间合金的相组成及其细化特性

用专利方法制备出各种成分的Al-Ti-C中间合金作为铝及铝合金的晶粒细化剂。对该系列中间合金的组织和物相分析表明：在制备中间合金过程中,C与Ti反应充分,生成TiC和TiAl3两种管二相,且TiAl3析出量取决于中间合金的Ti含量和Ti/C含量比。用于纯铝的晶粒细化试验表明：与Al-Ti-C中间合金相比,Al-Ti-C中间合金的晶粒细化效率更高;Al-Ti-C中间合金只有在组织中TiC与TiAl3保持适当比例时,才能对纯铝产生良好的晶粒细化效果,不含TiAl3的Al-Ti-C中间合金的晶粒细化作用很微弱;用Al-Ti-C中间合金细化纯铝晶粒时,响应时间短,但衰退较快,且不能通过熔体搅拌法予以消除。分析和探讨了Al-Ti-C中间合金的晶粒细化机理,认为“碳化物理论” 不能充分解释Al-Ti-C的晶粒细化机理,提出“Ti在TiC或TiAl3颗粒表面富集引发包晶反应”的晶粒细化机制。     

工艺参数对Al-Ti-C中间合金第二相粒子及细化效果的影响

研究了铝含量和铝液温度对热爆法合成Al-Ti-C中间合金第二相粒子形成规律及细化效果的影响.结果表明:预制块铝含量对第二相粒子TiAl3和TiC的生成有重要影响.铝液温度影响反应生成的中间合金中TiAl3、TiC的形态和分布,并影响其晶粒细化能力.当Al:Ti:C的原了比为3.4:1.8:1、铝液温度为780℃时,合成的中间合金中大量TiAl3和TiC粒子在铝基体上均匀分布,晶粒细化效果最佳,并讨论了晶粒细化机理.     

快速凝固Al-5Ti-B和Al-10Ti对铝及铝合金的细化效果研究

利用扫描电镜、光学显微镜分析了快速凝固和普通凝固Al-5Ti-B和Al-10Ti中间合金对纯Al和Al-7Si合金的晶粒细化效果.结果表明:快速凝固Al-Ti中间合金在细化纯Al和Al-7Si合金晶粒组织时比普通中间合金的效果更好,主要是因为快速凝固中间合金中具有大量细小弥散的块状Al3Ti相颗粒.这些Al3Ti弥散颗粒可以作为α-Al的形核核心、增强TiB2粒子的形核能力,从而增强快速凝固中间合金的细化能力.     

Al-Ti-C-RE中间合金的制备及细化性能研究

以工业纯铝、Ti粉、石墨粉、富铈稀土为主要原料,制备了Al-5Ti-0.25C-2RE中间合金,并对纯铝进行了细化试验.通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜以及能谱分析等方法,研究了该中间合金的微观组织和细化性能.结果表明:Al-5Ti-0.25C-2RE细化剂主要由α-Al基体、TiAl3、TiC、Al20Ti2Ce等相组成;稀土元素的加入促进了TiC的形成;细化剂最佳添加量为0.5wt％,保温120 min,此时细化剂都具有良好的细化效果.     

熔体保温时间对ZL101A合金晶粒细化的影响

通过采用Al-5Ti-1B中间合金结合传统盐类变质工艺,研究了熔体保温时间对ZL101A合金晶粒细化的影响。结果表明,因Ti Al3等的异质形核作用,冷却曲线上熔体处理后初晶形核过冷度明显降低。Al-5Ti-1B中间合金的晶粒细化作用主要源于Ti Al3粒子,由于板块状双金属化合物Ti Al3/Ti B2在α-Al基体(a)及共晶硅(b)中的聚集,细化剂逐渐出现衰退。熔体保温时间超过60 min后共晶硅粗化,因此,建议ZL101A合金熔体保温时间不应超过1 h。     

Al-Ti-C中间合金的显微组织与细化性能研究

采用自制的Al-Ti-C中间合金晶粒细化剂,检验其对工业纯铝的细化效果,并通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段研究了不同中间合金组织对工业纯铝的细化性能的影响.结果表明,Al-Ti-C细化剂合金组织由α-Al基体,针状或块状TiAl3相及TiC粒子团组成;Al-Ti-C具有优异的细化α-Al晶粒的性能,添加0.2%的Al-Ti-C后工业纯铝开始获得明显的细化效果;Ti/C比对Al-Ti-C组织有重要影响,在纯铝中添加不同组织的Al-Ti-C产生不同的细化效果,其中块状TiAl3的细化性能优于针状TiAl3;在其它工艺条件不变的前提下,选用Ti/C比为8,添加量为0.4%的中间合金,性价比较为理想.     

Al-Ti-C和Al-10Ti中间合金联合细化新工艺

Al-Ti-C中板片状TiAl3在铝熔体中难溶解、易沉淀,使Ti对Al的晶粒细化辅助作用得不到充分发挥,显著降低了Al-Ti-C的细化效果。本研究提出了一种采用Al-Ti-C和Al-10Ti联合细化纯铝新工艺,即利用Al-10Ti中颗粒状TiAl3与Al-Ti-C中TiC的有机组合,显著提高了TiC的成核率,不仅能显著提高其细化能力,而且可以减少用量,降低成本。     

采用Ce2O3制备的Al-Ti-C-Ce合金的组织及细化性能

采用氟盐法按w(Ti)∶w(C)=15∶1比例,加入1%的Ce制备了Al-4.5Ti-0.3C-1Ce中间合金,应用OM、SEM、EDAX及EPMA等手段分析了中间合金的成分、组织及细化特性。结果表明,由于Ce的加入,改善了TiAl3、TiC的形态和分布,细化了TiC粒子,使生成的TiC与TiAl3相分布均匀,稀土Ce和TiAl3反应生成Ti2Al20Ce相,主要富集在白色块状的TiAl3相上;Al-4.5Ti-0.3C-1Ce合金细化剂对纯铝的细化效果显著,当Ti添加量为0.015%时,纯铝的晶粒尺寸达70μm,细化效果最优。     

成分对热爆法合成Al-Ti-C的组织及细化效果的影响

采用铝熔体热爆法合成8种成分配比的Al-Ti-C晶粒细化剂。研究了按不同成分的Al：Ti：C比值进行配料、铝熔体温度为710℃合成Al—Ti—C晶粒细化剂的相组成、Al3Ti和TiC的形态及对工业纯铝的细化效果。XRD分析结果表明；随着预制块的Ti／C比值由高于1．5转为低于1．5，合成的晶粒细化剂由Al3Ti和Al两相组成转为由Al3Ti、TiC和Al三相组成，表明预制块中的Ti／C比值对合成的晶粒细化剂主要物相的组成有很大影响；合成的细化剂中Al3Ti呈块状分布；预制块的Ti／C为3／2时（即Al：Ti：C=3：3：2）合成的晶粒细化剂在8组细化剂中的细化效果最佳。这表明TiC和Al3Ti相对量及形态的恰当组合是晶粒细化剂优良细化能力的保证。     

Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理

通过采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等对Al-Ti-Zr-C与Al-Ti-Zr-B试验合金中Al3Zr、Al3Ti、TiC或TiB2等第二相粒子结合情况的观察,研究晶粒细化剂的Zr中毒机理。结果表明:两种实验铝合金的凝固组织中Al3Zr均容易与Al3Ti结合形成聚积体,从而抑制了Al3Ti异质形核、细化晶粒的作用,出现所谓晶粒细化剂的Zr中毒现象;而TiC、TiB2粒子基本不与Al3Zr结合,但受Al3Zr的影响出现了团聚现象。根据边-边匹配晶体学模型(E2EM)计算表明:Al3Zr与Al3Ti、α-Ti具有多种可能的共格位向关系,而与TiC/TiB2粒子均只有一种可能的共格位向关系。母相-新相的共格位向关系的多少可作为晶粒细化剂设计的晶体学理论参考。     

制备多物相AlTiC合金的Ti与C熔体反应法

将Ti与C同时加入Al熔体可制备出Ti与C摩尔比分别大于、等于、小于4的3种含不同物相的Al—TiC合金：Al—TiAl3-TiC、Al—TiC、Al-Al4C3-TiC。对纯铝的细化实验表明：不含过量Ti的后两种合金的细化效果相近，Al4C3在Al—TiC合金中的大量出现不会进一步降低合金的细化能力；含TiAl3的第一种合金的细化效率远高于后两者的；TiC物相在基体中以离散颗粒或聚集团形式在Al基体中分布；Al4C3相极脆，易与空气中的水蒸汽反应而分解。分析表明Ti与C在Al熔体中反应生成TiC是通过两条途径同时进行的：熔体中的固体C颗粒与溶解态的Ti直接反应；固体C颗粒和Al反应生成的A4C3与溶解态的Ti发生反应。     

反应放热法合成Al-Ti-C晶粒细化剂研究

以Al，Ti，C粉末为原料，在Al熔体中通过粉末间的强烈放热反应合成了AlTi5C0．2晶粒细化剂，并采用OM，XRD和SEM等分析手段。研究了中间合金的反应合成过程、TiC粒子的形成机制及其细化特性。结果表明：在670℃时，Ti(s)与Al(1)发生强烈的放热反应，在Al熔体中形成块状TiAl3粒子；反应释放的热量使反应区升温，TiAl3(s)粒子溶解于Al熔体中形成活性Ti，Ti通过扩散至C颗粒表面并与之反应形成TiC粒子，并呈现聚集形态；随保温时间的延长，TiAl3粒子由块状向针片状转变，TiC粒子的簇状分布特征明显增强，中间合金的细化能力略有降低。     

Al-Ti-C中间合金对纯镁的细化效果研究

采用不同Ti／C比制备Al-Ti-C中间合金晶粒细化剂，检验其对纯镁的细化效果，并通过光学显微镜（OM）等手段研究了不同相组成的中间合金对纯镁的细化效果的影响。结果表明：Ti／C比分别为8、4、3和2时，Al-Ti-C中间舍金的相组成不同，其中Ti／C比小于4时，相组成为TiC，Al4C3和α-Al基体；含有Al4C3的中间舍金对α-Mg晶粒的细化效果优异，添加量为0．4％的Al-Ti-C对纯镁的细化效果明显；在其它工艺条件不变的前提下，纯镁的最佳细化参数为Ti／C比3，添加量0．6％。     

Al-5%Ti-0.25%C细化剂合金微观组织与细化性能

采用液固反应合成技术,通过铝熔体润湿经活化与助熔处理的无定型石墨的方法,成功地制备了Al-5%Ti-0.25%C细化剂合金,并通过透射电镜(TEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)等手段,研究了该合金的组织特性与细化性能.结果表明:Al-5%Ti-0.25%C细化剂合金组织由Al基体、针状及片状TiAl3相和TiC粒子团簇组成,且部分TiC粒子与α-Al基体存在晶体取向关系;Al-5%Ti-0.25%C细化剂具有优异的细化a-Al晶粒的性能,细化接触时间和衰减时间分别为2.5min和110min.