Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理分析

"本文主要探讨了Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理，通过SEM、EDS和XRD等分析手段，对实验合金中的第二相粒子进行了深入研究。实验结果显示，Al3Zr在两种实验铝合金的凝固过程中容易与Al3Ti结合，形成聚积体，这导致了晶粒细化作用的抑制，即所谓的Zr中毒现象。同时，TiC和TiB2粒子虽然不直接与Al3Zr结合，但也受到Al3Zr的影响出现团聚。文章还利用边一边匹配晶体学模型(E2EM)计算，揭示了Al3Zr与Al3Ti和α-Ti之间存在多种可能的共格位向关系，而与TiC和TiB2粒子仅有一种可能的共格位向。这些发现为晶粒细化剂的设计提供了晶体学理论依据。" 在金属冶炼中，晶粒细化是提高材料性能的重要方法，而晶粒细化剂的作用在于促进异质形核，细化铝合金的晶粒。Al-Ti-C和Al-Ti-B是常用的晶粒细化剂，其中的Ti元素与Al反应形成Al3Ti，这种第二相粒子可以有效地细化铝合金的晶粒结构。然而，当Zr元素存在时，它会干扰这一过程。 本研究指出，Zr在铝合金中的存在会导致晶粒细化剂的中毒效应，具体表现为Al3Zr与Al3Ti的结合，形成大的粒子聚集体，阻碍了Al3Ti的异质形核作用，进而影响了晶粒细化。这个现象对于铝合金的微观结构和性能有显著影响，因为细小且均匀的晶粒结构通常能够提升材料的强度和韧性。 此外，TiC和TiB2粒子在Zr存在的环境下并未直接与Al3Zr结合，但它们的分散状态也受到Al3Zr的影响，产生了团聚现象。这表明Zr不仅直接影响与之结合的第二相粒子，还能间接影响未结合的粒子行为，增加了合金的不均匀性。 通过边一边匹配晶体学模型(E2EM)的计算，作者发现Al3Zr与Al3Ti、α-Ti之间存在多种可能的共格位向关系，这意味着它们之间的相互作用更为复杂，可能导致更多的形核位点。相比之下，Al3Zr与TiC和TiB2粒子只有一种可能的共格位向关系，这可能解释了为何它们不容易直接结合，但依然受到Al3Zr的聚集影响。 这些发现对于理解和优化晶粒细化剂的配方具有重要意义，未来的研究可以进一步探索如何避免Zr的中毒效应，或者寻找新的细化剂成分，以实现更有效、更稳定的晶粒细化过程。此外，对共格位向关系的研究也为开发新型金属合金和改善现有合金的微观结构提供了理论指导。