動(dòng)態(tài)合成Al-Ti-B細(xì)化劑的制備工藝和細(xì)化性能研究 轉(zhuǎn)載于漢斯學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們

動(dòng)態(tài)合成Al-Ti-B細(xì)化劑的制備工藝和細(xì)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(guó)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(kuò)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(xì)化是提高性能的關(guān)鍵 [1]。Al-Ti-B細(xì)化劑廣泛使用且效果相對(duì)較好，但對(duì)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(xì)化劑中毒 [2]。稀土元素具有化學(xué)活性高、熔點(diǎn)高、高溫下易氧化的特點(diǎn) [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(xì)化劑，改善甚至消除Al-Ti-B晶粒細(xì)化劑中嚴(yán)重的缺陷，從而顯著提升細(xì)化劑的細(xì)化性能成為研究熱點(diǎn) [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(jìn)行攪拌，必然會(huì)造成嚴(yán)重比重偏析，影響晶粒細(xì)化效果及性能。因此，本文分析現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于Al-Ti-B的研究現(xiàn)狀，細(xì)化劑的制備工藝和各配比的影響機(jī)理，為開發(fā)新型晶粒細(xì)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(guó)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(kuò)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(xì)化是提高性能的關(guān)鍵 [1]

Al-Ti-B細(xì)化劑廣泛使用且效果相對(duì)較好，但對(duì)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(xì)化劑中毒 [2]

稀土元素具有化學(xué)活性高、熔點(diǎn)高、高溫下易氧化的特點(diǎn) [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(xì)化劑，改善甚至消除Al-Ti-B晶粒細(xì)化劑中嚴(yán)重的缺陷，從而顯著提升細(xì)化劑的細(xì)化性能成為研究熱點(diǎn) [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(jìn)行攪拌，必然會(huì)造成嚴(yán)重比重偏析，影響晶粒細(xì)化效果及性能

因此，本文分析現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于Al-Ti-B的研究現(xiàn)狀，細(xì)化劑的制備工藝和各配比的影響機(jī)理，為開發(fā)新型晶粒細(xì)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(xì)化劑研究現(xiàn)狀在中國(guó)知網(wǎng)平臺(tái)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(xì)化劑”進(jìn)行文獻(xiàn)搜索，截至2020年7月31日有相關(guān)研究文獻(xiàn)168篇

其中期刊論文129篇、碩博士學(xué)位論文28篇、會(huì)議論文11篇

1985年，陳本孝 [7] 通過(guò)試驗(yàn)確定了作為細(xì)化劑的稀土鋁鈦硼合金的簡(jiǎn)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(xì)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(xì)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(duì)輪轂鋁合金的晶粒細(xì)化和變質(zhì)作用，認(rèn)為Al-Ti-B中間合金可有效地細(xì)化Al7%Si 0.35%Mg合金，加入0.06%Ti即可使合金獲得良好的細(xì)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(xì)化劑

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

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

Al-Ti-B細(xì)化劑總體研究趨勢(shì)如

圖1所示，可以看出，相關(guān)研究一直處于螺旋上升趨勢(shì)

在愛思唯爾學(xué)術(shù)平臺(tái)以“Al-Ti-B”進(jìn)行檢索，得到相關(guān)文獻(xiàn)883篇，相對(duì)于知網(wǎng)平臺(tái)檢索的文獻(xiàn)，國(guó)際上對(duì)于Al-Ti-B的相關(guān)研究呈上升趨勢(shì)，而且熱度逐年升高



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

圖1. Al-Ti-B細(xì)化劑研究趨勢(shì)進(jìn)一步對(duì)中國(guó)知網(wǎng)檢索的168篇文獻(xiàn)進(jìn)行聚類分析，

圖2顯示各位學(xué)者針對(duì)Al-Ti-B細(xì)化劑在晶粒細(xì)化、細(xì)化劑、細(xì)化機(jī)理、細(xì)化效果、力學(xué)性能、微觀組織等方面進(jìn)行了廣泛的研究，特別是圍繞晶粒細(xì)化的效果、細(xì)化機(jī)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(xì)化劑研究熱點(diǎn)3. Al-Ti-B細(xì)化劑的制備工藝及其細(xì)化機(jī)理3.1. 混合熔融法江蘇大學(xué)的王正軍 [11] 通過(guò)混合熔融法合成了一種新型的鋁晶粒細(xì)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?？梢跃鶆虻胤植荚诨|(zhì)中，Al-5Ti-1B-1RE中間合金可以將商品純鋁細(xì)化到平均晶粒度小于150 μm的水平，加入0.2%的細(xì)化劑后，抗張強(qiáng)度ωb和伸長(zhǎng)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(duì)晶粒細(xì)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(guò)溶質(zhì)Ti和B在Al熔體中的擴(kuò)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(duì)鋁合金晶粒細(xì)化的影響，結(jié)果表明超聲攪拌能產(chǎn)生更細(xì)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(qiáng)

與未精煉的基錠相比，在超聲下測(cè)得的冷卻曲線顯示出類似的成核過(guò)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(dòng)法Balasubramani N [14] 研究了低頻振動(dòng)、脈沖磁和電流脈沖技術(shù)對(duì)晶粒形成過(guò)程的比較，認(rèn)為在外場(chǎng)施加期間產(chǎn)生的晶粒細(xì)化的主要機(jī)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(chǎng)和脈沖磁場(chǎng))

等軸晶粒在外場(chǎng)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(jī)理

4. Al-Ti-B對(duì)鋁合金的細(xì)化性能及其影響機(jī)理4.1. 不同稀土和Al-Ti-B中間合金對(duì)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(jī)理，研究表明，Y和Al-Ti-B中間合金的添加對(duì)6063合金的晶粒細(xì)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(guò)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(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(duì)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(huì)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(huì)降低

Xiaoyan W [17] 研究了Al-5Nb-RE-B對(duì)A356鋁合金晶粒細(xì)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(xì)化劑時(shí)，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(duì)晶粒細(xì)化性能的影響Xu X [18] 研究了不同Al-Ti-B配比對(duì)導(dǎo)電率和晶粒細(xì)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(xì)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(xì)化效果遠(yuǎn)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(diǎn)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(duì)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(shí)則具有較高的機(jī)械性能和抗沖擊性

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

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

5. 結(jié)語(yǔ)本文基于中國(guó)知網(wǎng)和愛思唯爾學(xué)術(shù)平臺(tái)，研究了Al-Ti-B細(xì)化劑的研究趨勢(shì)和現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞晶粒細(xì)化的效果、細(xì)化機(jī)理和力學(xué)性能等方面進(jìn)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(dòng)法等動(dòng)態(tài)合成制備工藝，并對(duì)比不同稀土、不同配比、以及細(xì)化劑中毒的影響，為開發(fā)新型細(xì)化劑提供了有益的思路

基金項(xiàng)目2019年度校級(jí)科研項(xiàng)目：動(dòng)態(tài)合成新型Al-Ti-B-RE中間合金細(xì)化劑的研究(2019XJ36)

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

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

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