B/N 掺杂型 Al-Ti-C 系晶种合金

铝合金结晶组织的微细化会显著提高铝材的强韧性、组织均匀性、致密性、 耐蚀性、加工工艺性和表面质量等，并减少偏析和裂纹等诸多铸造缺陷。目前， 国内外通常采用 Al-Ti-B 或 Al-Ti-C 中间合金来细化晶粒，但 Al-Ti-B 中间合金 126 的形核衬底质点 TiB2 本身的直径大小在 0.5-3.0μm，而且往往以较大的聚集团 形式存在，如此大的颗粒团在加入到铝合金中后会带来一系列的副作用。而普 通 Al-Ti-C 中间合金细化效果不稳定，易衰退，难以满足铝制品产品质量的要 求。 Al-Ti-C 中间合金之所以细化效果不稳定和容易衰退，是由于其中的 TiCx 晶体存在较多碳空位，从而使之失稳，且随 TiCx中碳空位数量的增加，Al 原子 在 TiCx 表面的偏聚及有序化受到抑制，由原来的完全共格逐渐转变为不完全共 格。因此，减少 TiCx中的碳空位是提高其结构稳定性和生核效率的关键。 研究表明，无空位的 TiC 是铝的有效生核衬底，在接近凝固点的铝熔体中， Al 原子能够依附于其周围形成一个完全共格的有序区，最终促进 α-Al 生核和铝 晶粒细化。经过长期的研究和探索发现，TiCx 中的碳空位可以被原子半径较小 的 B、N 等原子填充，最终形成掺杂型的 TiCxB1-x和 TiCxN1-x等粒子，从而降低 空位浓度并提高异质生核能力。 B 掺杂型 Al-Ti-C 晶种合金中含有大量直径在 1μm 以下（亚微米）的 TiCxB1-x 晶核衬底粒子，且弥散分布，当将该中间合金以微量（0.15%左右）加 入到待细化的铝及其合金熔体中后，立即释放出大量的亚微米级的掺杂型 TiC 晶核，从而使待细化铝合金的晶粒组织得到显著细化甚至超细化（指晶粒直径 在微米级）。因此，采用掺杂型 Al-Ti-C 晶种合金对铝熔体进行晶粒细化处理 将是铝加工行业又一次重要的技术进步。