新型Al-3Ti-4.35La-8Sr中间合金对Al-7Si-0.3Mg合金孔隙率、显微组织及力学性能的协同优化机制

本文推荐：研究通过熔体反应法制备新型Al-3Ti-4.35La-8Sr中间合金，显著细化Al-7Si-0.3Mg合金的α-Al枝晶（SDAS从27.78降至12.72 μm）并纤维化共晶Si，孔隙率降低50%，抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和延伸率分别提升32.92%、44.24%和95.66%。其核心机制为Ti2Al20La相异质成核与Sr/La复合变质协同作用，为高性能铝硅合金开发提供新策略。

　　

Highlight

本研究创新性地将Ti₂Al₂₀La相的晶粒细化机制与锶（Sr）对共晶硅的经典变质效应相结合，通过铝熔体原位反应合成新型Al-3Ti-4.35La-8Sr中间合金。该合金以Ti₂Al₂₀La和Al₄(Sr, La)金属间化合物为特征相，旨在同步保留Ti₂Al₂₀La对α-Al的细化效能并强化共晶硅变质，最终实现Al-7Si-0.3Mg合金的一体化精炼-变质处理。

Experimental

实验采用铝粉（99.0 wt%, 80–100 μm）、钛粉（99.0 wt%, 45–65 μm）、工业纯铝（99.7 wt%）、纯Sr（>99.0 wt%）和纯La块（>99.5 wt%）制备Al-3Ti-4.35La-8Sr中间合金。具体步骤参照文献[27]的Al-Ti-La合金熔体制备方法，将熔体降温至920°C后加入Sr，保温30分钟后浇铸成锭。

Microstructure and phase composition

XRD分析表明（图3a），该中间合金主相为α-Al、Al₄(Sr,La)和Ti₂Al₂₀La相。SEM显示块状（Ti₂Al₂₀La）和棒状（Al₄(Sr,La)）结构分布于基体（图3b），EDS证实棒状相含20.33 at% Sr和3.12 at% La（表4）。DSC检测到Al₄(Sr,La)相在643°C的吸热峰（图3d），印证其热稳定性。

Conclusions

1. 新型中间合金含α-Al、Al₄(Sr,La)和Ti₂Al₂₀La三相；

2. 添加0.2 wt%合金使α-Al晶粒尺寸从912.41 μm降至148.74 μm，共晶硅从针片状转为纤维/颗粒状；

3. 铸态合金极限抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和延伸率分别达220.60 MPa、100.81 MPa和9.92%，较未处理合金提升32.92%、44.24%和95.66%。晶粒细化和共晶硅变质是性能提升的关键机制。