含有微量Zr元素的高強(qiáng)、超高強(qiáng)鋁合金廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，例如機(jī)翼壁板、桁條等主承力構(gòu)件。Zr元素能綜合提高鋁合金的強(qiáng)度、韌性和耐蝕性，含Zr鋁合金在生產(chǎn)中卻存在較多鑄造缺陷，需要通過晶粒細(xì)化解決。然而Al-Ti-B或Al-Ti-C細(xì)化含Zr鋁合金時(shí)，都存在中毒現(xiàn)象，限制了我國(guó)高性能鋁合金的生產(chǎn)能力。

圖  （a）超聲處理示意圖；（b）TiCN抑制晶粒生長(zhǎng)；（c）同步輻射成像實(shí)驗(yàn)；（d）數(shù)值模擬

為了解決含Zr鋁合金的細(xì)化難題，最近新材料所研究人員在Al-Cu-Zr合金中添加少量TiCN納米顆粒，通過高能超聲彌散分布到熔體中（圖a），達(dá)到了良好的細(xì)化效果。這是因?yàn)榧{米顆粒與Al之間有良好的晶格匹配關(guān)系，可以誘發(fā)α-Al形核，另外納米顆粒在晶粒表面形成一層包裹層，阻礙溶質(zhì)原子擴(kuò)散，抑制了晶體生長(zhǎng)（圖b）。同時(shí)通過同步輻射成像得到納米顆粒的生長(zhǎng)抑制因子（圖c），建立了一個(gè)新的數(shù)值模型（圖d）。模型計(jì)算的晶粒尺寸可以較好的擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相較于傳統(tǒng)細(xì)化劑，TiCN納米顆粒細(xì)化含Zr鋁合金時(shí)不存在中毒現(xiàn)象。

相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國(guó)際期刊Ultrasonics Sonochemistry上，上述工作得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目（2020B1515120065）和廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2020GDASYL-20200103140）的資助。

論文信息：

Yiwang Jia, Dongfu Song, Nan Zhou, Kaihong Zheng, Yanan Fu, Da Shu. The growth restriction effect of TiCN nanoparticles on Al-Cu-Zr alloys via ultrasonic treatment. Ultrasonics Sonochemistry, 2021, 80: 105829.

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