晶粒细化对铝及铝合金有着极其重要的意义,然而迄今人们对中间合金的细化机理仍没有达成共识,铝及其合金的晶粒细化机理研究是很复杂的,仍然处于探索、发展的阶段,还有很多问题需要去解决。本文利用Al、Ti、C粉末原料,采用铝熔体热爆法合成了相同成分不同微观组织形貌的两种Al-Ti-C中间合金。研究了重熔过程中保温时间对Al-Ti-C中间合金微观组织及细化效果的影响。结果表明:合成的两种Al-Ti-C中间合金均由Al、TiAl₃和TiC组成。重熔时,保温时间对Al-Ti-C中间合金微观组织产生重要影响。随着重熔保温时间的延长,TiAl₃会发生聚集、长大,而TiC颗粒有聚集倾向,但保温过程中,TiAl₃和TiC相表现出较强的稳定性,并没有生成其他杂相如Al₄C₃等。重熔后的Al-Ti-C中间合金仍具有一定的晶粒细化能力,认为是由Al-Ti-C中间合金的组织遗传效应造成的。采用铝熔体热爆法直接合成了Al-TiC和Al-TiAl₃两种中间合金,研究了Al-TiC和Al-TiAl₃中间合金中第二相粒子TiC和TiAl₃对纯铝晶粒的细化作用。结果表明:TiC和TiAl₃单独作为α-Al的形核相时,二者形核能力均较差,但TiC粒子的形核、抗细化衰退能力优于TiAl₃粒子。当第二相粒子TiC和TiAl₃共同作为α-Al的形核相且加入适当的相对量时,其表现出较强的形核能力和抗晶粒细化衰退能力,对细化效果产生显著影响。配成的7组复合晶粒细化剂中,当细化剂的Ti/C为1.8∶1时,晶粒细化效果最好。这表明Al-Ti-C晶粒细化剂良好的细化效果离不开TiC和TiAl₃的共同作用,适当的TiC和TiAl₃组合是晶粒细化剂优良细化能力的保证。通过SEM、XRD、EPMA等分析手段,研究了TiAl₃的存在对TiC在铝熔体中分布的影响及α-Al的结晶核心。结果表明:铝熔体中单独存在TiC时,铝晶粒凝固组织中大量TiC被α-Al晶粒推向树枝晶的晶界处,没有起到异质形核的作用。当在铝熔体加入TiC后再加入TiAl₃时,TiC粒子出现在α-Al晶粒内部,大量的TiC粒子成为了α-Al的结晶核心,并且在TiC颗粒和铝基体的界面处存在“富Ti过渡区”。研究了向铝熔体中单独添加Al-TiC中间合金和复合添加Al-TiAl₃和Al-TiC中间合金,TiAl₃和TiC在铝熔体中的沉淀现象。结果表明:TiAl₃对TiC在铝熔体中的沉淀特性有重要影响。铝熔体中单独存在TiC时,TiC表现出明显的沉淀特性。在较短时间保温后,大量的TiC已经沉淀到试样底部。当加入TiAl₃后,TiC的沉淀特性发生明显改变,TiC沉淀变缓,在较长时间保温后,只有少量TiC发生沉淀。Al-Ti-C中间合金细化作用的衰减是由TiC沉淀引起的,搅拌可以使团聚的TiC颗粒重新趋于弥散分布,提高其形核细化能力。基于以上试验结果,本文对Al-Ti-C中间合金细化纯铝的机理进行了初探,初步建立了Al-Ti-C中间合金对纯铝的细化机制,即:Al-Ti-C中间合金加入铝熔体后,TiAl₃在铝熔体中分解释放出Ti原子,Ti原子向TiC粒子周围偏聚,形成“TiC/铝熔体界面富Ti过渡区”。“富Ti过渡区”的形成,改善了TiC粒子与α-Al的结构适应性,增强了它们之间的润湿性,降低了TiC粒子的表面张力,使得大量的TiC粒子能够均匀分布于铝熔体中,在铝熔体凝固时成为α-Al的异质形核核心。随着保温时间的延长,TiC发生沉淀,造成细化性能衰减。