重庆大学&上海大学《JMST》：通过Nb2O5制备的Al-Ti-Nb-B细化剂有效细化Al-10Si...

材料科学与工程 · 公众号 · · 2024-08-14 18:45

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本文亮点

（ 1 ）通过 Nb ₂ O ₅ 制备的 Al-Ti-Nb-B 细化剂对 Al-10Si 合金表现出优异的晶粒细化效果；

（ 2 ）在 Al-Ti-Nb-B 细化剂中， MAl ₃ （ M=Ti, Nb ）具有最强的异质形核效能；

（ 3 ）发现了六种迄今未报道的 MB ₂ /α-Al 和 Al ₂ O ₃ /α-Al 取向关系。

图文解析

本文在氟盐法的基础上，以 Nb ₂ O ₅ 作为 Nb 源的引入制备 Al-1Ti-4Nb-0.5B （名义成分）细化剂，并采用正交设计方法优化制备工艺参数。图 1 为不同工艺制备的 Al-1Ti-4Nb-0.5B 细化剂的微观组织形貌，观察可知，与纯 Nb 粉制备的 Al-Ti-Nb-B 细化剂相比，当采用 Nb ₂ O ₅ 作为 Nb 源时，细化剂中新增加了 Al ₂ O ₃ 相。

为了进一步阐明由 Nb ₂ O ₅ 引入的氧元素的反应机理和存在形式，基于 Al-Si-Ti-Nb-B-O 数据库，通过 CALPHAD 方法计算了 Al-1.0Ti-0.5B 合金在不同 Nb ₂ O ₅ 添加量下的相组成和相含量。结果表明，当 Nb 含量超过 0.2 wt.% （ Nb ₂ O ₅ 含量超过 0.28 wt.% ）时，熔体中会形成 MB ₂ 和 MAl ₃ 。引入的氧元素以 Al ₂ O ₃ 的形式存在，且大部分 Al ₂ O ₃ 相存在于浮渣中，最终在浇注前被撇去，只有少部分存在于细化剂中（图 2 ）。