原標題：重要突破！鋁合金異質形核（hé）機理新認識與晶種新技術（shù）
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獲（huò）得均勻細小的等（děng）軸（zhóu）晶組織是提升鋁合金加工及力學性能、消除鑄造（zào）缺陷的（de）有效途徑，但傳統晶粒（lì）細化（huà）劑（如（rú）AlTiB）用於含Zr等元素的高強（qiáng）及超高強鋁合金存（cún）在細化中（zhōng）毒現象，已成為高端鋁合金材料發展的堵點（diǎn）。通過添加晶種（zhǒng）合金，引入高效精準的（de）晶種作為異質形核襯底來實（shí）現晶粒細化（huà）是破解鋁（lǚ）行業堵點的重要手段。TiCx被公認為是一種有效的鋁合金形核劑，而B摻雜型TiCx（TCB）更是一種高效的鋁合金形核晶種。研製高效、穩定、抗Zr（Si）致細化中毒的鋁合金超級晶粒細化劑——晶種合金，一（yī）直是鋁（lǚ）工業界追求的目（mù）標，但由於（yú）對TiCx促進α-Al形核的科學機理尚不清楚，使上述研究未能取得實質性和突破性進展。
山（shān）東（dōng）大學劉相法教授團隊在此領域開展了十多年係統（tǒng）研究，在TiCx對α-Al形核機理與摻雜型晶種應（yīng）用研究方麵取得雙突（tū）破。近期（qī）與南京理工大學等單位（wèi）開展聯合研（yán）究，在TiCx對（duì）α-Al形核機理的研究方麵取得以下重要進展：
- 發（fā）現異質形核襯底TiCx與α-Al間獨特的晶體學位向關係：[011]Al//[011]TiCx，(1-11)[011]Al與(1-11)[011]TiCx呈21°夾角，該夾角的形成從理論上縮小了Al與TiCx晶格參數的差異，提高了晶格匹配度。
- 從（cóng）原子尺（chǐ）度上揭示TiCx與α-Al之間的富Ti過渡層，闡明其可以有（yǒu）效降低界麵錯配度，是（shì）TiCx發揮α-Al形核襯底作用的關（guān）鍵。
- 通過熱力學計（jì）算結合******性原理手段，首次（cì）提出TiCx與Al界麵處富Ti過渡層的形成（chéng）條件及關（guān）鍵（jiàn）閾值x，TiCx作為一種非化學計（jì）量比的化合物，在720℃的鋁（lǚ）熔體中，當x＜0.92時，TiCx能夠不斷地向鋁熔體中釋放Ti，從而使α-Al與TiCx之間（jiān）形（xíng）成富（fù）Ti過渡層，x越小，釋放Ti的（de）熱力學驅動力越（yuè）大，TiCx的形核潛力越大。
相關成果以A new insight into heterogeneous nucleation mechanism of Al by non-stoichiometric TiCx為題發表在金屬材料領域******期刊《Acta Materialia》。山東大學楊（yáng）化冰博（bó）士（現齊魯工業大學（山東省科學（xué）院）新材料研究所助理研究員（yuán））為論文******作（zuò）者，南京理工大學聶金（jīn）鳳副教授和山東大學劉相法教授為論文通訊（xùn）作者（zhě）。
論文鏈接：
https://sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645422003585
圖1Al–5Ti–0.25C細化劑中Al/TiCx的位向關係（xì）表征。表（biǎo）明Al與TiCx具有如下位向關係：[011]Al//[011]TiCx，(1-11)[011]Al與(1-11)[011]TiCx呈21°夾（jiá）角。將0.3%Al–5Ti–0.25C細化劑加入到工業純鋁中，也發現了相同的位向關係（圖2）。
圖2 0.3% Al–5Ti–0.25C細化後的工業純Al中Al/TiCx的位向關（guān）係表征。
圖3 Al–5Ti–0.25C細化劑中Al/TiCx的界（jiè）麵表征。表明Al與TiCx之間有一層含Ti過渡層（céng）（Layer 1）。
圖4 Al/TiCx界麵結構的******性原理原子尺（chǐ）度計（jì）算。界麵處不含Ti時，Ti1a層的晶（jīng）格畸變為±1.1%；界麵含Ti時，則降低為-0.19%和+0.22%。表明界麵處Ti元素的存在能夠有效降低界麵錯配度。
圖5 TiCx在720℃鋁熔體中演變的熱力學計算結果（(0.47≤x＜y≤0.98)）。表明x＜0.92時，TiCx具有向鋁熔（róng）體中（zhōng）釋放Ti的熱力學驅動力，x越小，驅動力越大。
圖6TiCx粒子表麵元素種類和含量的XPS分析結（jié）果。隨TiCx在鋁熔體中保溫時間的延長，其表麵摻雜的Al原子逐漸增多，Ti原子逐漸減少，從動力（lì）學角度闡明了TiCx可以向鋁熔體中釋放Ti。
基於相（xiàng）關基礎研究，經過持續創新（xīn）和關鍵技術攻關，研究（jiū）團隊在摻（chān）雜型TCB-Al晶（jīng）種合金及其熔體處理新技術方（fāng）麵取得了重要（yào）突（tū）破。不僅從根本上破解了Zr致細化中毒（dú）堵點，而且徹底消除了Si致細化中毒難題。為超高強變形鋁（lǚ）合金和高端鑄造（zào）鋁合金（jīn）及其加工技術的（de）發展提供了有效抓（zhuā）手（shǒu）。相關技術（shù）獲授權******發明（míng）專利8項，申請國（guó）際發（fā）明（míng）專利1項，主持製定******團體標準1項，注冊商（shāng）標（biāo）權1件；獲山東省技術發明一等獎1項（xiàng）。創新產品及應（yīng）用技術在上市較（jiào）短（duǎn）時間（jiān）內，已在國內外60餘家******鋁加（jiā）工企業推廣應（yīng）用（yòng），其中包括（kuò）多家行業領先的國際公司（sī）。
圖7 與（yǔ）TCB-Al晶種合金應用技術相關的******團體標準等有關文件及其產品
致（zhì）謝：本（běn）工作得到了******自然科學基金重點項目（No. 51731007）和******自然科學（xué）基金（No. 52071189、No. 52071179和No.52171182）的支持和資助。
*感謝（xiè）論文作者團隊對本文的大力支持。
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