铝合金熔体中B/P元素诱导TiCx结构转变机制的研究

The structural instability and evolution of TiCx in Al melt limit its application in the reinforcement of composites and nucleating substrates for aluminum alloys, which has received increasing attention. Thus, it is important to reveal the structural evolution mechanism of TiCx to control and expand its application fields. The structural evolution rule and mechanisms of TiCx induced by B/P elements are the main research objects. The microstructure evolution rule, elements distribution and diffusion directions in the interface will be systematically studied to reveal the intrinsic transformation mechanism using the rapid solidification technique and combined with structural analysis means, such as HRTEM, APT and so on. Then, the influences of the transformation on the morphology, crystal structure, microstructure distribution and properties of the transferred phases (TiB2, Ti5P3.16, Al4C3, et al) will be discussed. Finally, the synthesis and controlling technique of the transferred phases will be proposed to develop new master alloys for grain refinement. The project will provide key scientific basis to synthesize and control new materials by taking the advantage of the structural instability of TiCx.

铝合金熔体中TiCx的结构不稳定性及其演变问题普遍制约着其在铝基复合材料增强相及铝合金异质形核衬底等方面的应用，受到国内外学者广泛关注。探究其结构演变规律与机制是调控TiCx并拓展其应用领域的一个重要方面。本项目拟以B/P元素诱导TiCx结构转变为主要研究对象，通过快速凝固技术结合HRTEM、APT、FIB/SEM等分析手段，系统研究其结构与形貌演变规律，界面元素分布状态及扩散行为，揭示其内在结构转变机制；分析讨论转变过程对衍生相（TiB2、Ti5P3.16和Al4C3等）结构、形貌、组织分布与性能等的影响机理；最终掌握TiB2、Ti5P3.16和Al4C3的制备与调控技术，并开发新型晶种型中间合金。本项研究工作将为利用TiCx的结构演变特性来制备与调控新材料提供重要的理论依据。

铝合金熔体中TiCx的结构不稳定性及其演变问题普遍制约着其在铝基复合材料增强相及铝.合金异质形核衬底等方面的应用，受到国内外学者广泛关注。探究其结构演变规律与机制是调控TiCx并拓展其应用领域的一个重要方面。本项目以B/P元素诱导TiCx结构转变为主要研究对象，系统研究了其结构演变规律和机制，分析了转变过程对衍生相结构、形貌、组织分布及其性能等的影响机理。主要结论如下：.(1) 首次在铝合金熔体中原位合成Ti5P3.16晶体，制备出新型Al-Ti-P-C晶种合金，揭示了其对Al-Si合金中初晶Si相良好的细化行为。研究表明：Ti5P3.16相是由熔体中的P原子与TiC反应形成的，P首先吸附到TiC粒子表面诱发其结构分解，P与Ti结合形成了TiP相。Al-Ti-P-C晶种合金对过共晶Al-Si合金中初晶Si相有显著的细化效果，A390合金中初晶Si的平均晶粒尺寸由85μm细化至12.5μm。揭示其细化机理，Ti5P3.16在Si的作用下原位形成大量的AlP纳米颗粒，AlP颗粒在凝固过程中直接作为初晶Si的异质形核衬底，从而使Al-Ti-P-C晶种合金表现出良好的晶粒细化行为。.(2) 利用B诱导TiCx结构转变合成了一种核壳结构的TiB2相，对其演变过程进行了系统研究，揭示了其演化机制，制备出了一种新型的Al-Ti-C-B晶种合金。Al-Ti-C-B晶种合金对变形铝合金具有良好的晶粒细化效果，并且在Al晶粒的核心处发现了该粒子，表明该粒子与传统的TiB2和TiC的形核机理不同，不需要TiAl3辅助形核，而可以直接作为α-Al形核的异质核心，表现出较高的细化效率。.(3) 制备出了原位自生TiC、TiB2复相颗粒增强的铝基复合材料，为了提高其综合力学性能，充分发挥第二相弥散强化、基体的细晶强化作用，对复合材料进行了一系列不同变形量的变形处理。发现：随着变形量的增加，组织中的增强相趋于弥散分布，基体晶粒得到显著细化，复合材料拉伸力学性能显著提高。. 本项目的实施，对于理解铝合金熔体中TiCx的相演变行为有着重要的科学意义，也对新型晶种合金的设计与制备具有重要的理论指导意义。本项目发表SCI论文9篇，申请国家发明专利7项，获得省部级一等奖一项，完成项目研究目标。