发现异质形核衬底TiCx与α-Al间独特的晶体学位向关系:[011]Al//[011]TiCx,(1-11)[011]Al与(1-11)[011]TiCx呈21°夹角,该夹角的形成从理论上缩小了Al与TiCx晶格参数的差异,提高了晶格匹配度。 从原子尺度上揭示TiCx与α-Al之间的富Ti过渡层,阐明其可以有效降低界面错配度,是TiCx发挥α-Al形核衬底作用的关键。 通过热力学计算结合第一性原理手段,首次提出TiCx与Al界面处富Ti过渡层的形成条件及关键阈值x,TiCx作为一种非化学计量比的化合物,在720℃的铝熔体中,当x<0.92时,TiCx能够不断地向铝熔体中释放Ti,从而使α-Al与TiCx之间形成富Ti过渡层,x越小,释放Ti的热力学驱动力越大,TiCx的形核潜力越大。
图6TiCx粒子表面元素种类和含量的XPS分析结果。随TiCx在铝熔体中保温时间的延长,其表面掺杂的Al原子逐渐增多,Ti原子逐渐减少,从动力学角度阐明了TiCx可以向铝熔体中释放Ti。
基于相关基础研究,经过持续创新和关键技术攻关,研究团队在掺杂型TCB-Al晶种合金及其熔体处理新技术方面取得了重要突破。不仅从根本上破解了Zr致细化“中毒”堵点,而且彻底消除了Si致细化“中毒”难题。为超高强变形铝合金和高端铸造铝合金及其加工技术的发展提供了有效“抓手”。相关技术获授权国家发明专利8项,申请国际发明专利1项,主持制定国家团体标准1项,注册商标权1件;获山东省技术发明一等奖1项。创新产品及应用技术在上市较短时间内,已在国内外60余家先进铝加工企业推广应用,其中包括多家行业领先的国际公司。
致谢:本工作得到了国家自然科学基金重点项目(No. 51731007)和国家自然科学基金(No. 52071189、No. 52071179和No.52171182)的支持和资助。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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