動態(tài)合成Al-Ti-B細化劑的制備工藝和細化性能研究 轉(zhuǎn)載于漢斯學(xué)術(shù)交流平臺，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們

動態(tài)合成Al-Ti-B細化劑的制備工藝和細化性能研究 內(nèi)容總結(jié)：

鋁合金廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、建筑、汽車等眾多領(lǐng)域；隨著鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，提高鋁合金的整體性能迫在眉睫，改善合金組織結(jié)構(gòu)、晶粒細化是提高性能的關(guān)鍵 [1]。Al-Ti-B細化劑廣泛使用且效果相對較好，但對含Zr、Cr及Mn等元素的鋁合金易造成晶粒組織不均勻，發(fā)生細化劑中毒 [2]。稀土元素具有化學(xué)活性高、熔點高、高溫下易氧化的特點 [3]，易與鋁合金中的基體、雜質(zhì)和氣體生成穩(wěn)定化合物。研發(fā)出新型Al-Ti-B-RE中間合金晶粒細化劑，改善甚至消除Al-Ti-B晶粒細化劑中嚴(yán)重的缺陷，從而顯著提升細化劑的細化性能成為研究熱點 [4] [5] [6]。但Al-Ti-B-RE中間合金中的第二相粒子的密度大于Al的密度，采用常規(guī)工藝進行攪拌，必然會造成嚴(yán)重比重偏析，影響晶粒細化效果及性能。因此，本文分析現(xiàn)有文獻關(guān)于Al-Ti-B的研究現(xiàn)狀，細化劑的制備工藝和各配比的影響機理，為開發(fā)新型晶粒細化劑和性能優(yōu)良的鋁合金提供理論研究基礎(chǔ)。

內(nèi)容：

1. 引言

鋁合金廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、建筑、汽車等眾多領(lǐng)域；隨著鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，提高鋁合金的整體性能迫在眉睫，改善合金組織結(jié)構(gòu)、晶粒細化是提高性能的關(guān)鍵 [1]

Al-Ti-B細化劑廣泛使用且效果相對較好，但對含Zr、Cr及Mn等元素的鋁合金易造成晶粒組織不均勻，發(fā)生細化劑中毒 [2]

稀土元素具有化學(xué)活性高、熔點高、高溫下易氧化的特點 [3]，易與鋁合金中的基體、雜質(zhì)和氣體生成穩(wěn)定化合物

研發(fā)出新型Al-Ti-B-RE中間合金晶粒細化劑，改善甚至消除Al-Ti-B晶粒細化劑中嚴(yán)重的缺陷，從而顯著提升細化劑的細化性能成為研究熱點 [4] [5] [6]

但Al-Ti-B-RE中間合金中的第二相粒子的密度大于Al的密度，采用常規(guī)工藝進行攪拌，必然會造成嚴(yán)重比重偏析，影響晶粒細化效果及性能

因此，本文分析現(xiàn)有文獻關(guān)于Al-Ti-B的研究現(xiàn)狀，細化劑的制備工藝和各配比的影響機理，為開發(fā)新型晶粒細化劑和性能優(yōu)良的鋁合金提供理論研究基礎(chǔ)

2. Al-Ti-B細化劑研究現(xiàn)狀在中國知網(wǎng)平臺以“Al-Ti-B”或“鋁鈦硼”為主題詞，并且篇名/關(guān)鍵詞/摘要中包含“細化劑”進行文獻搜索，截至2020年7月31日有相關(guān)研究文獻168篇

其中期刊論文129篇、碩博士學(xué)位論文28篇、會議論文11篇

1985年，陳本孝 [7] 通過試驗確定了作為細化劑的稀土鋁鈦硼合金的簡單有效的制備方法，認(rèn)為利用坩堝法可以生產(chǎn)低成本的細化劑，稀土鋁鈦硼質(zhì)量與所用原料及工藝有較大關(guān)系，稀土在合金中起還原劑作用，稀土鋁鈦硼合金的細化效果優(yōu)于A1-Ti-B合金

2000年，山東工業(yè)大學(xué)的亓效剛 [8] 研究了Al-Ti-B和Al-5%Sr中間合金對輪轂鋁合金的晶粒細化和變質(zhì)作用，認(rèn)為Al-Ti-B中間合金可有效地細化Al7%Si 0.35%Mg合金，加入0.06%Ti即可使合金獲得良好的細化效果

2004年，華北鋁業(yè)有限公司的蔣建軍 [9] 提出一種新型Al-Ti-B-稀土(RE)晶粒細化劑

2005年，蘭州理工大學(xué)的蘭曄峰 [10] 研究了稀土對Al-Ti-B-RE中間合金細化性能的影響，認(rèn)為稀土元素的加入對合金中第二相粒子的尺寸、分布及細化能力、細化劑的衰退延時性、重熔性能及細化效果都有重要影響

2015年，江蘇大學(xué)的王正軍 [11] 進一步研究Al-Ti-B-RE的細化性能

Al-Ti-B細化劑總體研究趨勢如

圖1所示，可以看出，相關(guān)研究一直處于螺旋上升趨勢

在愛思唯爾學(xué)術(shù)平臺以“Al-Ti-B”進行檢索，得到相關(guān)文獻883篇，相對于知網(wǎng)平臺檢索的文獻，國際上對于Al-Ti-B的相關(guān)研究呈上升趨勢，而且熱度逐年升高



Figure 1. Research trends of the Al-Ti-B refiner

圖1. Al-Ti-B細化劑研究趨勢進一步對中國知網(wǎng)檢索的168篇文獻進行聚類分析，

圖2顯示各位學(xué)者針對Al-Ti-B細化劑在晶粒細化、細化劑、細化機理、細化效果、力學(xué)性能、微觀組織等方面進行了廣泛的研究，特別是圍繞晶粒細化的效果、細化機理和力學(xué)性能等展開了多角度的研究



Figure 2. Research hotspot of the Al-Ti-B refiner

圖2. Al-Ti-B細化劑研究熱點3. Al-Ti-B細化劑的制備工藝及其細化機理3.1. 混合熔融法江蘇大學(xué)的王正軍 [11] 通過混合熔融法合成了一種新型的鋁晶粒細化劑Al-Ti-B-RE中間合金，Al-Ti-B-RE中間合金的Al3Ti、TiB2和Ti2Al20RE等第二相顆粒可以均勻地分布在基質(zhì)中，Al-5Ti-1B-1RE中間合金可以將商品純鋁細化到平均晶粒度小于150 μm的水平，加入0.2%的細化劑后，抗張強度ωb和伸長δ分別提高28.39兆帕和29.97%

3.2. 氟鹽反應(yīng)法Zhang L [12] 研究了氟化物與鋁熔體反應(yīng)后，在保溫溫度下，Al-5Ti-1B中間合金的組織演變及其對晶粒細化效率的影響，結(jié)果表明，在氟化物鹽和Al熔體之間的反應(yīng)期間，靠近氟化物鹽/Al熔體界面的Al熔體中溶質(zhì)B和Ti的濃度是不均勻的，在氟化物鹽和鋁熔體之間的反應(yīng)期間形成的AlB2相在溶質(zhì)Ti的存在下熱力學(xué)并不穩(wěn)定

在隨后的保持溫度期間，它通過溶質(zhì)Ti和B在Al熔體中的擴散而轉(zhuǎn)變?yōu)門iB2顆粒

3.3. 超聲攪拌法Kotadia H R [13] 研究了超聲攪拌對鋁合金晶粒細化的影響，結(jié)果表明超聲攪拌能產(chǎn)生更細化的晶粒，CP-Al和Al-10%Cu合金的晶粒密度分別增加了2倍和8倍，異相成核作用大大增強

與未精煉的基錠相比，在超聲下測得的冷卻曲線顯示出類似的成核過冷減少，在超聲熔體中已消除了熔體中觀察到的明顯的重新鈣化

3.4. 電磁振動法Balasubramani N [14] 研究了低頻振動、脈沖磁和電流脈沖技術(shù)對晶粒形成過程的比較，認(rèn)為在外場施加期間產(chǎn)生的晶粒細化的主要機理是空化現(xiàn)象，有助于樹枝狀晶體的形核或破碎，從模具冷表面產(chǎn)生的壁晶體(電流脈沖、磁場和脈沖磁場)

等軸晶粒在外場下的起源還取決于鑄造條件(鑄件的體積和形狀)和合金類型，而不是特定技術(shù)特有的機理

4. Al-Ti-B對鋁合金的細化性能及其影響機理4.1. 不同稀土和Al-Ti-B中間合金對鋁合金性能的影響Ding W [15] 研究稀土Y在6063鋁合金中的存在方式和影響機理，研究表明，Y和Al-Ti-B中間合金的添加對6063合金的晶粒細化有很好的作用，添加Y減小了Mg2Si的尺寸，有助于將β-AlFeSi轉(zhuǎn)變?yōu)棣?AlFeSi，形成AlSiY、AlFeSi和AlFeSiYMg等復(fù)合化合物，并減少Fe的雜質(zhì)晶界的富相；通過添加Y和Al-Ti-B中間合金可以改善6063合金的力學(xué)性能和斷裂形態(tài)，分別將抗拉強度和伸長率提高5%和75%，但硬度值沒有明顯變化

Li P T [16] 研究了微量C的添加對Al-Ti-B中間合金的組織和精煉性能的影響，添加微量的碳后，Al-5Ti-0.8B-0.2C中間合金中會形成TiB2和小的TiC組成的顆粒，制備的Al-5Ti-0.8B-0.2C中間合金的精煉性能比Al-Ti-B中間合金好得多，平均晶粒尺寸約為190 μm，而且精煉效率在60分鐘內(nèi)不會降低

Xiaoyan W [17] 研究了Al-5Nb-RE-B對A356鋁合金晶粒細化的影響，Al-5Nb-RE-B中間合金由α-Al、Al3RE、Nb2Al20RE和NbB2組成，當(dāng)加入1%細化劑時，A356合金的晶粒尺寸從800 μm減小至200 μm，且冷卻速度的敏感性最低

4.2. 不同Al-Ti-B配比對晶粒細化性能的影響Xu X [18] 研究了不同Al-Ti-B配比對導(dǎo)電率和晶粒細化的影響，結(jié)果表明，由于在制備的中間合金中Al-5Ti-B中TiAl32DC具有高細化能力，以Al-5Ti-1B和Al-B中間合金為原料在720℃下制備的Al-Ti-B中間合金的晶粒細化效果遠好于使用Al-10Ti制備的Al-Ti-B中間合金和Al-B中間合金

Zhao Q [19] 重點研究了利用燃燒合成與空氣熱壓燒結(jié)相結(jié)合的方法，分析不同Al含量對力學(xué)性能和耐沖擊性的影響，10%~20%的含量具有較差的加工性能，而50%的Al含量時則具有較高的機械性能和抗沖擊性

4.3. 不同元素對Al-Ti-B細化劑的中毒機理Huang J [20] 研究了Sc對Al-5Ti-1B晶粒細化劑的中毒作用，發(fā)現(xiàn)Al-5Ti-1B的晶粒細化效果在微量Sc含量的鋁合金中會減弱

肖政兵 [21] 研究了Al-Ti-B晶粒細化劑的Zr中毒機理，Al3Zr與Al3Ti結(jié)合形成聚積體，抑制了Al3Ti異質(zhì)形核、細化晶粒的作用，出現(xiàn)晶粒細化劑的Zr中毒現(xiàn)象

5. 結(jié)語本文基于中國知網(wǎng)和愛思唯爾學(xué)術(shù)平臺，研究了Al-Ti-B細化劑的研究趨勢和現(xiàn)狀，國內(nèi)外學(xué)者圍繞晶粒細化的效果、細化機理和力學(xué)性能等方面進行了深入的研究，采取混合熔融法、氟鹽反應(yīng)法、超聲攪拌法、電磁振動法等動態(tài)合成制備工藝，并對比不同稀土、不同配比、以及細化劑中毒的影響，為開發(fā)新型細化劑提供了有益的思路

基金項目2019年度校級科研項目：動態(tài)合成新型Al-Ti-B-RE中間合金細化劑的研究(2019XJ36)

參考文獻

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摘要: Al-Ti-B-RE細化劑能夠提升細化劑的綜合性能，是目前最有研發(fā)價值和最有潛力的鋁用晶粒細化劑之一。采用常規(guī)攪拌工藝存在比重偏析，影響晶粒細化效果及鋁合金的整體性能。本研究首先通過中國知網(wǎng)和愛思唯爾學(xué)術(shù)平臺分析Al-Ti-B細化劑的研究現(xiàn)狀，并進一步分析混合熔融法、氟鹽反應(yīng)法、超聲攪拌法、電磁振動法等制備工藝的優(yōu)缺點，以及不同稀土、不同配比、以及細化劑中毒的內(nèi)在機理。結(jié)果表明，可以采取超聲攪拌法、電磁振動法等動態(tài)合成技術(shù)，并考慮微量元素在Al-Ti-B細化劑中的配比，以獲取更小晶粒和更好力學(xué)性能的Al-Ti-B-RE細化劑。

標(biāo)簽：Al-Ti-B,細化劑,制備工藝,細化性能,Al-Ti-B,

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