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在铝合金铸件或铸锭的生产过程中添加晶粒细化剂,是目前最经济、实用的晶粒细化方法。工业中广泛使用的Al-Ti-B细化剂,存在细化质点尺寸较大、易衰退且与Cr、Zr等元素发生“中毒反应”等缺点,而Al-Ti-C细化剂能够克服以上缺点,被认为是最具潜力的晶粒细化剂。然而,Al-Ti-C细化剂目前并没有得到广泛应用,主要原因是制备过程中铝熔体对石墨的润湿性差,难以反应生成TiC粒子。本文通过加入稀土元素来改善铝液对石墨的润湿性,促进TiC相的形成。采用海绵钛引入Ti元素,避免了采用氟盐引入Ti元素时导致的氟化物气体污染,并尝试利用电阻炉在较低温度下制备细化剂,避免了高温熔炼导致的氧化烧损。分别利用感应炉和电阻炉在较高温度(1250℃)和较低温度(950℃)下制备了Al-3Ti-0.2C和Al-3Ti-0.2C-1RE四种细化剂。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪等设备,研究了细化剂的相组成、形貌、分布及其细化行为。分析了稀土元素对细化剂显微组织和细化性能的影响,并探讨了TiC相和Ti2Al20Ce相的合成过程,从而为Al-Ti-C-RE细化剂的生产及应用提供技术支持。研究结果表明,感应炉制备的Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂由a-A1相、TiAl3相、Ti2Al20Ce相、TiC相组成。与Al-3Ti-0.2C相比,条状TiAl3相较为细小,并且部分TiAl3相的外层生成了Ti2Al20Ce包覆相,TiC相的数量增多。在制备过程中,稀土富集在新析出的TiAl3相表面,抑制了TiAl3相的长大。同时,稀土元素清除了石墨与铝熔体反应界面上的氧化膜,改善了铝熔体对石墨的润湿性,促进了TiC相的合成。另外,Ti2Al20Ce相具有与石墨反应并生成TiC粒子的可能性。向工业纯铝中添加0.4%的感应炉制Al-3Ti-0.2C细化剂,可以将纯铝晶粒的平均尺寸由920μm细化到151μm,而添加0.4%感应炉制Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂可以将平均晶粒尺寸减小到107μm。加入稀土元素显著提高了细化剂的细化性能。电阻炉制备的Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂由Al基体、规则块状TiAl3相、不规则块状Ti2Al20Ce相及颗粒状TiC相组成。稀土元素使TiAl3相以细小块状的形式存在,并且稀土元素没有以原子形式固溶于铝基体中,也没有以单质或化合物的形式析出于晶界,而是全部以Ti2Al20Ce相的形式存在。在电阻炉制备条件下,TiC相的合成过程为：当海绵钛与石墨混合加入铝熔体中,海绵钛迅速溶解成为溶质Ti原子,由于海绵钛颗粒与石墨颗粒紧密接触,海绵钛溶解形成的高浓度的Ti原子富集在石墨颗粒周围,大量TiC粒子在石墨颗粒的周围形成。Ti2Al20Ce相的合成过程为：稀土加入到铝熔体中以表面活性原子的形式存在,海绵钛和石墨混合料加入后,颗粒状TiC相、细小块状TiAl3相和大块状Ti2Al20Ce相在熔体中形成,随着保温时间的延长,溶质Ti原子及Ce原子不断向Ti2Al20Ce相表面富集,使大量TiAl3相发生溶解,而Ti2Al20Ce相则不断长大。向纯铝中添加0.4%的电阻炉制Al-3Ti-0.2C(先Ti后C)细化剂,仅可将纯铝晶粒的平均尺寸由755μm降低到374μm,添加0.4%的电阻炉制Al-3Ti-0.2C(Ti、C混加)细化剂,可以将晶粒尺寸细化到136gm,而添加0.4%的电阻炉制Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂,可以将晶粒尺寸减小到113μm。与Al-3Ti-0.2C (Ti、C混加)相比,Al-3Ti-0.2C-1RE不仅具有更好的细化效果,而且具有更好的抗衰退性,在60min的保温时间内晶粒不发生明显长大。与电阻炉中反应1h制备的Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂相比,反应2h制备的Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂中,Ti2Al20Ce相明显增多并长大,细化纯铝时需要更长的响应时间,且细化效果较差。向纯铝中分别添加0.1%、0.2%、0.4%、0.8%的电阻炉制Al-3Ti-0.2C-1RE细化剂,晶粒尺寸依次减小,但添加量超过0.4%以后,晶粒尺寸进一步减小的趋势不明显。