铝合金在建筑、航海、交通运输、食品包装等行业得到了广泛的应用,因此对铝及铝合金产品的要求也日渐严苛。其中铝合金的晶粒细化对于铝合金提高它自身的力学性能有着重要的意义。在工业生产中,向铝熔体中添加晶粒细化剂是一种最经济、效果最显著的手段。目前在工业生产中常用的晶粒细化剂是Al-Ti-B晶粒细化剂,该细化剂存在一些缺陷,例如:TiB₂粒子尺寸较大、TiB₂粒子会与铝合金中Cr、Zr等元素发生“中毒”现象,使细化能力大大减弱。然而Al-Ti-C晶粒细化剂能够克服上述细化剂所存在的缺陷,成为了研究热点。在研究Al-Ti-C晶粒细化剂的过程中,由于石墨颗粒在铝溶体中润湿性极差,如何制备出TiC颗粒含量较高的Al-Ti-C晶粒细化剂是目前需要解决的难题。本文通过添加稀土元素改善石墨与铝液之间的润湿性,促进TiC粒子的形成。本文采用高温电阻炉在1200℃的条件下,制备出三组晶粒细化剂Al-5Ti-0.25C、Al-5Ti-0.25C-3Ce（A组）和Al-5Ti-0.25C-6Ce（B组）,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）光学显微镜（OM）等分析手段,对它们的相组成、相形貌、以及凝固机理进行探讨。向纯铝中添加微量的晶粒细化剂,通过改变晶粒细化剂的添加量和保温时间,来判断晶粒细化剂的性能。研究结果表明,Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂中是由TiAl₃相、TiC相、α-Al相组成,A、B两组晶粒细化剂中多出一种稀土相Ti₂Al₂₀Ce。同时对比Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂和A组晶粒细化的XRD图可以看出稀土元素的添加,TiC相的峰值有所提升,说明稀土元素能够改善铝熔体与石墨颗粒之间的润湿性。氟钛酸钾加入铝溶体中反应生成TiAl₃相,反应如下:K₂TiF₆+Al→TiAl₃+KAlF₄+K₃AlF₆;放出的热量促进石墨颗粒与铝熔体中溶质Ti原子反应生成TiC粒子。A、B两组晶粒细化剂中Ti₂Al₂₀Ce相均以包裹相和块状相出现,当稀土元素含量较低时,主要起表面活性剂的作用,改善了铝液与石墨粉之间的润湿性,多余的稀土元素Ce在铝熔体中形成稀土相;当稀土元素含量较高时,主要在铝熔体中形成稀土相:（1）铝液中的Al、Ti、Ce原子达到一定的比例形成Ti₂Al₂₀Ce相,以块状相的形式存在。（2）Ti₂Al₂₀Ce在TiAl₃相周围包裹,通过铝液和固相TiAl₃中的Al、Ti原子的扩散长大成型。在形成过程中,形貌较小的TiAl₃为了补充熔体中的Ti含量发生了溶解,因此留下了形貌较大的板块状的TiAl₃相。向纯铝中添加三组晶粒细化剂,Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂仅能将纯铝的晶粒尺寸从710μm降低到168μm,其最优添加量为0.7%,A组晶里细化剂可以将晶粒尺寸将低到103μm,其最优添加量为0.4%,B组细化剂细化效果仅次于A组,将纯铝的晶粒尺寸降低到126μm,其最优添加量为0.7%。三组晶粒细化剂添加到纯铝中保温15 min,其细化能力:A组晶粒细化剂>B组晶粒细化剂>Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂。能够在高温铝熔体中长时间保证其细化能力最好的是A组晶粒细化剂,其次是B组晶粒细化剂,细化能力的降低可能是Ti原子分布变得均匀所导致。