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花纹铝板轻量化发展要求

轻量化发展要求使亚共晶铸造花纹铝板取代钢材.晶粒细化已成为轮毂生产上必不可少的一项工艺。花纹铝板成为目前使用最为广泛的汽车、摩托车轮毂材料。为了提高花纹铝板的综合力学性能, Al-8B-2C中间合金及其在花纹铝板中的应用研究  由于存在Si对Ti中毒”现象,工业上广泛使用的Al-5Ti-1B和Al-Ti-C中间合金均不能有效细化花纹铝板。本课题组前期以Al-3B合金为硼源,石墨粉为碳源,研制出了一种高效Al-Ti-B-C中间合金,其对花纹铝板具有良好的晶粒细化效果。工业上广泛采用氟盐法制备Al-3B合金或Al-5Ti-1B中间合金,制备过程会释放出大量的有害氟化物气体,且侵蚀炉膛；另一方面,石墨与铝熔体润湿性差,导致C吸取率较低,TiC合成困难。因此,亟需新的硼源和碳源来解决上述问题。本文研制了一种Al-8B-2C中间合金,其既可直接用于增强花纹铝板,又可作为制备Al-Ti-B-C中间合金的硼源和碳源,最终应用于花纹铝板的晶粒细化,这种制备工艺清洁、环保,C加入较容易。

                     对Al-8B-2C中间合金的组织演变规律及粒子的三维形貌进行了系统研究,揭示了主要组成相Al3BC生长机制,研究了该中间合金对花纹铝板的强化效果：研究了Al-8B-2C/A l-Ti体系熔体反应机制,提出了一种Al-Ti-B-C中间合金的制备新工艺,将其用于花纹铝板的晶粒细化。本文的主要研究工作如下：1Al-8B-2C中间合金的微观组织及其演变规律的研究 本文研究了温度对Al-8B-2C中间合金微观组织的影响。

研究发现,800℃制备的Al-8B-2C中间合金中,A l3BC为主要生成相,尺寸为300nm1μm,三维形貌为十四面体或六棱柱状；此外还生成了415μm十四面体状Al82相。1300℃制备时,A l3BC形貌不变,尺寸略有长大,为800nm4μm,随着温度升高,A lBz转变成了尺寸为30-60gm多面体状的β-A l812相。2Al3BC生长机制的研究 Al3BC为密排六方结构,其{1011}晶面有最高的生长速率,生长速度慢的{1010}{0001}或{0003}晶面逐渐保留下来成为外露面,所以Al3BC倾向于形成自由能最低的六棱柱平衡晶体形貌。但是由于熔体环境的影响,A l3BC也呈现了十四面体状的非平衡晶体形貌。根据Al3BC尺寸小、密度低、稳定、弹性模量高的特点,将主要含有Al3BCAl-8B-2C中间合金应用于增强花纹铝板,研究结果表明,该中间合金能明显改善花纹铝板的硬度和拉伸强度。3Al-8B-2C/A l-Ti体系熔体反应机制的研究 Al-8B-2C/A l-Ti体系中,A lB2或溶解的B原子和Al-Ti熔体反应生成的TiB2为完整六角板片或枝晶状,A l3BC粒子与Al-Ti熔体反应生成大量多孔片状的TiB2TiC粒子,反应机制不同,造成了粒子形貌的差异。研究表明,A l3BC与Al-Ti熔体的液固反应过程中,Ti原子扩散至Al3BC表面,TiB2和TiC围绕Al3BC周围生成,随着反应的进行,双向生长,由于Al3BC尺寸小于2μm,TiB2和TiC生长缺乏充足的硼和碳元素,使其长成了有不规则边缘且中心多孔的粒子。TiB2和TiC镶嵌生长,相互限制,也会导致多孔形貌的形成。由于B和C存在于一个化合物中,TiC和TiB2生成过程中便于相互掺杂,促使TiC由多面体形貌长成片状。4Al-8B-2C中间合金在花纹铝板中的应用研究 基于Al-8B-2C/A l-Ti体系熔体反应机制,以Al-8B-2C中间合金为硼源和碳源提出了Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金制备新工艺,该工艺具有环境友好、工艺简便和中间合金洁净度高等优点,其微观组织中a-A l有效形核粒子数量较多、分布弥散。研究发现,该Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金对花纹铝板的晶粒细化效果优于国产Al-5Ti-1B中间合金。