Al-Ti-Ce三元中间合金细化铝合金的力学性能与断裂机制研究

本文系统研究了Al-Ti-Ce三元中间合金对高纯铝的细化作用，发现添加9 wt.%时抗拉强度提升54.29%，维氏硬度提高22.20%。通过KAM（Kernel Average Misorientation）分析揭示了晶格畸变强化机制，并阐明了第二相粒子（Al3Ti/Ti2Al20Ce）的锚定效应与奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）对力学性能的双重影响。

　　

Highlight

本研究采用Al-5.08Ti-5.59Ce三元中间合金（简称Al-Ti-Ce）细化4N级高纯铝，创新性地用Ce元素替代传统Al-Ti-B/C合金中的B/C元素，避免了Al₄C₃界面反应层（lattice mismatch>15%）和TiB₂中毒效应等缺陷。

Experimental

实验材料包括自制Al-Ti-Ce中间合金、高纯铝（99.99 wt.%）及电解盐Na₃AlF₆/NaCl/KCl。通过XRD检测发现，随着中间合金添加量（1-17 wt.%）增加，α-Al基体中Al₃Ti和Ti₂Al₂₀Ce第二相衍射峰强度显著增强。

Phase identification and analysis of chemical composition

X射线衍射（XRD）图谱显示，当中间合金添加量达21 wt.%时，第二相粒子发生显著奥斯特瓦尔德熟化，导致力学性能下降。表1显示9 wt.%添加量时合金具有最优的强度-塑性匹配。

Conclusion

1. 1.

   Al-Ti-Ce细化合金主要由α-Al、Al₃Ti和Ti₂Al₂₀Ce三相组成；

2. 2.

   9 wt.%添加量使合金获得54.29%抗拉强度提升，KAM分析证实其晶格畸变强化效应；

3. 3.

   断裂机制随添加量增加呈现塑性→准解理→解理的转变规律。