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基于SHS技术制备Al-Ti-C晶粒细化剂的研究

傅爱琼  
【摘要】:与传统的Al-Ti-B 中间合金相比,Al-Ti-C 中间合金细化剂较少存在诸如TiB2粒子尺寸较大,且易被铝液中微量的Zr、Cr、Mn 等元素“毒化”而导致晶粒细化效果衰退等问题。因此,Al-Ti-C 中间合金被认为是最有发展前途的铝及铝合金的晶粒细化剂。但是,由于C 与液态Al 不润湿等原因,采用传统的熔炼方法一般难以稳定制备这种细化剂。因此,研究开发该细化剂的制备新技术一直是人们追求的目标。在此基础上,本文提出了一种制备该细化剂的新方法-自蔓延高温合成(SHS)技术。 基于溶液热力学理论,本文首先对Al-Ti-C 三元体系的反应热力学进行了理论分析和计算。结果表明,在Al 液的高温作用下,浸入其中的Al-Ti-C 预制块可以发生SHS 反应,合成晶粒细化剂中所需的Al3Ti 和TiC 相,从而可望开发制备Al-Ti-C 晶粒细化剂的铝液中的SHS 工艺。 采用直接SHS 工艺和在高温铝液中的SHS 工艺,分别制备出了Al-Ti-C 中间合金细化剂。系统研究了预制块中Al 粉含量、C/Ti 比、Al 液温度等工艺参数对所制备的晶粒细化剂组织的影响。研究结果表明: 直接SHS 工艺合成的细化剂由Al 和亚微米TiC 粒子组成,而铝液中的SHS 工艺制备的细化剂则由Al、块状Al3Ti 和粒状TiC组成。比较分析了上述两种工艺制备的晶粒细化剂分别对工业纯Al 的晶粒细化效果和抗晶粒细化衰退能力。细化实验表明,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和较高的抗晶粒细化衰退能力。但从工艺和经济的角度来看,铝液中的SHS 工艺更适合Al-Ti-C 晶粒细化剂的工业生产。


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