● 摘要
向铝合金中加入晶粒细化剂是细化铝合金晶粒，改善其力学性能的有效手段之一。晶粒细化剂的添加可以促进等轴晶的形成，阻碍枝状晶的形核与长大，目前使用最广泛的晶粒细化剂是Al-Ti-B晶粒细化剂。然而，Al-Ti-B晶粒细化剂也存在着一些缺陷，如TiB2粒子的偏聚、沉淀以及Zr、Cr等元素中毒现象，都是其自身无法克服的。稀土元素的添加可以改善甚至消除Al-Ti-B晶粒细化剂存在的缺陷，使细化剂获得更加良好的性能。本文采用氟盐铝热还原法制备了不同稀土含量的Al-Ti-B-RE晶粒细化剂，并对其进行了工业纯铝的细化实验。通过X射线衍射分析（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和差示扫描量热分析仪（DSC）等对Al-Ti-B-RE晶粒细化剂的微观组织和细化机制进行了分析。分析结果表明：初始阶段，随着稀土含量的增加，Al-Ti-B-RE晶粒细化剂对纯铝的细化效果逐渐显著，当稀土添加量为3.0%时，晶粒细化剂的细化效果最佳；继续增加稀土含量，晶粒细化剂的细化效果开始下降；Al-Ti-B-RE晶粒细化剂中，稀土与TiAl3相不断作用形成Ti2Al20RE相，并且在晶界处析出且与晶界元素发生作用，从而提高Al-Ti-B-RE晶粒细化剂的细化效果，Al4RE相的出现会对晶粒细化剂的细化效果起阻碍作用。本文还研究了向Al-7Si-Mg和Al-Si-4Cu两种铸造铝合金中添加晶粒细化剂，利用光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）对细化后的Al-Si系合金显微组织进行了观察，并通过Instron 8801-50kN材料试验机对细化后的Al-Si系合金进行室温力学性能测试，综合分析晶粒细化剂的细化效果，探索晶粒细化剂的最佳添入量。结果表明，添加晶粒细化剂的合金显微组织中的Si相由粗针状或片状变为细小的纤维状，α-Al晶粒数量明显增多，且显著细化，Al-Ti-B-3RE晶粒细化剂的细化效果最好。添加了该细化剂的Al-7Si-Mg合金力学性能获得显著提高，抗拉强度σb平均提高42MPa，伸长率平均提高5.1%，Al-Si-4Cu抗拉强度σb平均提高44.7MPa，伸长率平均提高6%；当晶粒细化剂添加量为0.5%时两种合金的力学性能分别达到最佳。