鋁合金熔體中B/P元素誘導TiCx結構轉變機制的研究

《鋁合金熔體中B/P元素誘導TiCx結構轉變機制的研究》是依託南京理工大學，由聶金鳳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋁合金熔體中B/P元素誘導TiCx結構轉變機制的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：聶金鳳
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

鋁合金熔體中TiCx的結構不穩定性及其演變問題普遍制約著其在鋁基複合材料增強相及鋁合金異質形核襯底等方面的套用，受到國內外學者廣泛關注。探究其結構演變規律與機制是調控TiCx並拓展其套用領域的一個重要方面。本項目擬以B/P元素誘導TiCx結構轉變為主要研究對象，通過快速凝固技術結合HRTEM、APT、FIB/SEM等分析手段，系統研究其結構與形貌演變規律，界面元素分布狀態及擴散行為，揭示其內在結構轉變機制；分析討論轉變過程對衍生相（TiB2、Ti5P3.16和Al4C3等）結構、形貌、組織分布與性能等的影響機理；最終掌握TiB2、Ti5P3.16和Al4C3的製備與調控技術，並開發新型晶種型中間合金。本項研究工作將為利用TiCx的結構演變特性來製備與調控新材料提供重要的理論依據。

結題摘要

鋁合金熔體中TiCx的結構不穩定性及其演變問題普遍制約著其在鋁基複合材料增強相及鋁 合金異質形核襯底等方面的套用，受到國內外學者廣泛關注。探究其結構演變規律與機制是調控TiCx並拓展其套用領域的一個重要方面。本項目以B/P元素誘導TiCx結構轉變為主要研究對象，系統研究了其結構演變規律和機制，分析了轉變過程對衍生相結構、形貌、組織分布及其性能等的影響機理。主要結論如下： (1) 首次在鋁合金熔體中原位合成Ti5P3.16晶體，製備出新型Al-Ti-P-C晶種合金，揭示了其對Al-Si合金中初晶Si相良好的細化行為。研究表明：Ti5P3.16相是由熔體中的P原子與TiC反應形成的，P首先吸附到TiC粒子表面誘發其結構分解，P與Ti結合形成了TiP相。Al-Ti-P-C晶種合金對過共晶Al-Si合金中初晶Si相有顯著的細化效果，A390合金中初晶Si的平均晶粒尺寸由85μm細化至12.5μm。揭示其細化機理，Ti5P3.16在Si的作用下原位形成大量的AlP納米顆粒，AlP顆粒在凝固過程中直接作為初晶Si的異質形核襯底，從而使Al-Ti-P-C晶種合金表現出良好的晶粒細化行為。 (2) 利用B誘導TiCx結構轉變合成了一種核殼結構的TiB2相，對其演變過程進行了系統研究，揭示了其演化機制，製備出了一種新型的Al-Ti-C-B晶種合金。Al-Ti-C-B晶種合金對變形鋁合金具有良好的晶粒細化效果，並且在Al晶粒的核心處發現了該粒子，表明該粒子與傳統的TiB2和TiC的形核機理不同，不需要TiAl3輔助形核，而可以直接作為α-Al形核的異質核心，表現出較高的細化效率。 (3) 製備出了原位自生TiC、TiB2復相顆粒增強的鋁基複合材料，為了提高其綜合力學性能，充分發揮第二相彌散強化、基體的細晶強化作用，對複合材料進行了一系列不同變形量的變形處理。發現：隨著變形量的增加，組織中的增強相趨於彌散分布，基體晶粒得到顯著細化，複合材料拉伸力學性能顯著提高。 本項目的實施，對於理解鋁合金熔體中TiCx的相演變行為有著重要的科學意義，也對新型晶種合金的設計與製備具有重要的理論指導意義。本項目發表SCI論文9篇，申請國家發明專利7項，獲得省部級一等獎一項，完成項目研究目標。