《合金元素和雜質元素在Al-Cu-Ce合金凝固細化機制中的作用》是依託上海交通大學，由東青擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：合金元素和雜質元素在Al-Cu-Ce合金凝固細化機制中的作用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：東青
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
添加稀土可以細化鋁合金的凝固組織，有助於在大型鑄錠鑄造過程中抑制元素偏析、消除內應力和減小熱裂傾向。但是稀土凝固細化機制尚不完全明確。本項目以Al-Cu-Ce合金為研究對象，研究2xxx系鋁合金中常見合金元素(如Mg、Mn、Zr等)及不同濃度水平的雜質元素(Fe、Si)在稀土Ce凝固細化機制中的作用。利用同步輻射SAXS和原位成像方法研究熔體中含Ce高熔點化合物的析出行為，利用EDS、3DAP、TEM研究高熔點化合物的成分和晶體結構；利用第一原理分子動力學方法計算660℃（Al的理論熔點）下含Ce高熔點化合物和α-Al的晶格常數，確定其是否具備作為有效形核核心的基本條件。採用SAXS方法研究元素濃度水平、保溫時間和降溫速度等因素對有效形核核心析出形態、尺寸分布的影響規律。本項目旨在明確Al-Cu-Ce合金凝固細化過程中合金元素和雜質元素的作用，促進稀土的有效利用和稀土細化方法的推廣。
結題摘要
添加稀土可以細化鋁合金的凝固組織，有助於在大型鑄錠鑄造過程中抑制元素偏析、消除內應力和減小熱裂傾向。但是稀土凝固細化機制尚不完全明確, 尤其是對於Ce、La添加的鋁合金更是如此。工程套用中的結果顯示存在大量的不確定性，因此澄清這類稀土元素對鋁合金凝固組織的細化機理就顯得尤為重要。本項目主要研究了雜質元素Fe的含量以及Fe/Si元素之比對Al-Cu-Ce合金凝固細化的影響；合金元素Zr對Al-Cu-Ce合金凝固細化的影響；Ce、La對形核過程的作用本質；凝固條件特別是冷卻速度對Al-Cu-Ce合金凝固細化影響規律的研究。研究發現合金元素和雜質元素對含稀土Ce/La鋁合金的凝固細化作用並不明顯。稀土Ce/La的細化能力強烈的依賴冷卻速度。從本質上稀土Ce/La的添加抑制了鋁熔體中的形核。但是在較快的冷卻速度下，卻可以通過抑制初期的形核提高熔體的過冷度，最終提高形核率，產生細化凝固組織的效果。從套用的角度，對於傳統的半連續鑄造方法，因為通常澆鑄溫度高於液相線數十度，且熔體體積大，整體冷卻速度無法有效提高，因此通過添加稀土Ce/La細化晶粒並不適合。但是對於一些快速凝固技術，如增材製造中的3D雷射列印以及噴射成型技術，添加稀土La/Ce的細化作用將較為明顯。此外，稀土Ce/La與一些傳統細化劑在快速凝固技術中的聯用，也有很好的套用前景。
