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航空航天用铝合金中存在以下现象:铸态晶粒和共晶相粗大,分布不均匀;氟盐法制备细化剂污染严重,TiB2粒子尺寸偏大且尺寸分布范围较宽;自蔓延反应法制备细化剂成本高,制备设备复杂;TiB2粒子易聚集以及易与Zr、Cr发生中毒反应从而失去细化能力、细化效率低、抗衰退性差等缺点,通过添加稀土Er,利用接触反应法制备出高效的Al-Ti-B-Er稀土复合变质细化剂。 采用接触反应法制备Al-Ti-B-Er复合变质细化剂,对整个体系进行了热力学计算,研究了接触反应温度(800℃、850℃、900℃),稀土不同添加量,稀土不同添加顺序,不同制备工艺对细化剂吸收率以及组织形貌的影响;Al-Ti-B-Er中相组成,TiB2和TiAl3形貌、尺寸、分布的影响,以及其对细化效果的影响。研究Er的变质作用,其在Al-Ti-B中的作用机理。 采用X射线衍射分析(XRD)、金相分析、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)及成分分析(ICP)等分析手段,结合热力学计算,确定了初始反应温度为800℃,850℃为最佳反应温度,TiAl3呈块状且均匀分布,TiB2呈疏松团状,Ti,B吸收率最佳分别为73%,63%; Er的最佳添加量为0.1wt%;添加0.2wt%Er出现了共晶相Al3Er;先添加稀土Er后,Er起到很好的变质作用,后添加稀土Er,形成了大量的TiAlEr化合物,Er没有起到很好的变质作用。 在对高锌Al-10Zn-1.9Mg-1.6Cu-0.12Zr合金进行细化实验时,发现,细化剂中粒子数量、尺寸、分布情况对晶粒及共晶相的细化效果有重要的影响。接触反应法制备的Al-Ti-B-Er细化剂细化效果最好(最佳添加量为1wt%),晶粒尺寸大约40μm。经过T6处理后,合金的抗拉强度达到726MPa,延伸率达到12.5%。高效的Al-Ti-B-Er细化剂的细化机理为,添加Er元素,使TiAl3粒子呈块状,且均匀分布;Er促进了TiB2的形成,呈疏松团状分布;形成了TiAlEr化合物,在654.5℃分解,释放出Ti、Er原子,抑制TiAl3长大,TiB2聚集,使Al-Ti-B-Er更高效。 最后,确定了接触反应法制备的成品细化剂的工艺,即在850℃进行接触反应,先添加0.1 wt%Er制备细化剂,并且完成工厂熔炼,制备出成品Al-Ti-B-Er细化剂丝,其中TiAl3尺寸为5μm,TiB2为2μm且均匀分散在基体中。