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TiCx被公認(rèn)為是一種有效的鋁合金形核劑，但在鋁熔體中易發(fā)生結(jié)構(gòu)演變，也容易與某些元素反生反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)化“中毒”。因此，研制高效、穩(wěn)定、抗Zr（Si）致細(xì)化“中毒”的鋁合金超級(jí)晶粒細(xì)化劑——晶種合金，一直是鋁工業(yè)界追求的目標(biāo)，但由于對(duì)TiCx促進(jìn)α-Al形核的科學(xué)機(jī)理尚不清楚，使上述研究未能取得實(shí)質(zhì)性和突破性進(jìn)展。

劉相法研究團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開發(fā)開展了十多年的系統(tǒng)研究，從多相鋁熔體結(jié)構(gòu)演變與調(diào)控、TiCx對(duì)α-Al形核機(jī)理、B摻雜TiCx（TCB）改性，到摻雜型TCB晶種的應(yīng)用技術(shù)等方面開展了長(zhǎng)期探索和執(zhí)著堅(jiān)守。

目前取得的重要進(jìn)展包括以下兩個(gè)方面。

首先，在基礎(chǔ)研究方面，相關(guān)成果以“A new insight into heterogeneous nucleation mechanism of Al by non-stoichiometric TiCx”為題發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Acta Materialia》。研究發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)形核襯底TiCx與α-Al間獨(dú)特的晶體學(xué)位向關(guān)系：[011]Al//[011]TiCx，(111)[011]Al與(111)[011]TiCx呈 21°夾角，該夾角的形成從理論上為了消除Al與TiCx晶格參數(shù)的差異，提高了晶格匹配度。通過熱力學(xué)計(jì)算結(jié)合第一性原理手段，首次提出TiCx與Al界面處富Ti過渡層的形成條件及關(guān)鍵閾值x，TiCx作為一種非化學(xué)計(jì)量比的化合物，在720℃的鋁熔體中，當(dāng)x＜0.92時(shí)，TiCx能夠不間斷地向鋁熔體中釋放Ti原子，從而使α-Al與TiCx之間形成富Ti過渡層，x越小，釋放Ti的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力越大，TiCx的形核潛力越大。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

其次，基于液態(tài)金屬及液固相關(guān)性基礎(chǔ)研究，經(jīng)過多年持續(xù)創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)在摻雜型TCB-Al晶種合金及其熔體處理新技術(shù)方面取得了重要突破。不僅從根本上破解了Zr致細(xì)化“中毒”堵點(diǎn)，而且徹底消除了Si致細(xì)化“中毒”難題。為超高強(qiáng)變形鋁合金和高端鑄造鋁合金及其加工技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。相關(guān)技術(shù)獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)，申請(qǐng)國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)，主持制定國(guó)家團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，注冊(cè)商標(biāo)權(quán)1件；獲山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。創(chuàng)新產(chǎn)品及應(yīng)用技術(shù)在上市較短時(shí)間內(nèi)，已在國(guó)內(nèi)外60余家先進(jìn)鋁加工企業(yè)推廣應(yīng)用，其中包括多家行業(yè)領(lǐng)先的國(guó)際公司，在航空航天制件、高鐵及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件制造、高端輪胎模具制造等高端制造領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的重要作用。

參考資料：http://www.cmse.sdu.edu.cn/info/1093/19675.htm