科创中国

铝硅合金因为优异的铸造性能和较好的力学性能，广泛应用于汽车、航空航天领域。全世界80-90%的铝合金铸件都是由铝硅合金生产。但是，由于Si元素对Al-Ti-B细化剂的毒化作用，在Si含量超过3wt.%的铝硅合金中，Al-Ti-B细化效果明显衰退。因此，开发抗Si毒化的细化剂具有重要的商业价值。 该项目通过理论分析，综合评估了TiB2、VB2、ZrB2、NB2颗粒成为异质形核质点能力以及实际生产中应用的潜力，提出Al-V-B中间合金并研究其制备方法。随后，对其细化机理和效果进行研究。最后，研究了不同V/B原子比对Al-7wt.%Si和A356晶粒尺寸的影响。 该项目不光解释了细化剂的制备机制，而且对其细化机制进行了研究。最终，所得VB2颗粒尺寸为0.5-5μm，且分布弥散；A356细化后的晶粒尺寸为223μm。

（1）通过Bramfitt二维错配度理论计算，发现Al与VB2之间的最小二维错配度比TiB2、ZrB2、NB2等形核质点更小，且VB2的密度与TiB2接近，小于ZrB2和NB2，说明VB2有潜力有效细化铝硅合金。通过加热AlV和AlB中间合金反应即可制备富含0.5-5μm VB2颗粒的Al-V-B中间合金。 （2）与AlV和AlB的对比凝固实验表明，Al-3V-1B中间合金可以明显细化Al-7wt.%Si，其起主要细化作用的异质颗粒为VB2。Al-3V-1.28B中间合金将Al-7wt.%Si晶粒大小从7050μm细化至280μm，细化效果优于Al-3Ti-1B、Al-5Ti-1B细化剂。Al-1V-0.85B中间合金能够将A356细化至223μm。

铝硅合金因为优异的铸造性能和较好的力学性能，广泛应用于汽车、航空航天领域。全世界80-90%的铝合金铸件都是由铝硅合金生产。但是，由于Si元素对Al-Ti-B细化剂的毒化作用，在Si含量超过3wt.%的铝硅合金中，Al-Ti-B细化效果明显衰退。因此，开发抗Si毒化的细化剂具有重要的商业价值。

上海大学作为上海市和教育部共建211和双一流大学，是一所以科研为主的高等院校。项目负责人所在上海大学先进凝固技术中心 ，已经有研究细化剂机制以及开发类似细化剂的前期基础，从事该方向的研究人员有正高一名，副高一名，博士和硕士研究生6名。具体实施方案如下:2020年10月---2021年3月，铝硅用细化剂制备机制实验室凝固实验研究;2021年4月---2021年9月，铝硅用细化剂制备机制实验结果分析表征，结合相图计算和第一性原理计算揭示其 制备机制，并开发一种铝硅合金细化剂。

随着Al-V-B中间合金添加量的升高，引入的外来形核质点增多，对A356细化效果增强。随着V/B原子比从1:0.5减小至1:8，Al-V-B中间合金中VB₂颗粒逐渐增多，并出现AlB₂颗粒。在商用A356中，含有大量杂质元素，其中A356中V含量为0.0155wt.%，Ti含量为0.1270wt.%。由于稳定性VB₂> TiB₂> AlB₂，随Al-V-B中间合金引入熔体的AlB₂颗粒由于稳定性较差，会与V、Ti反应生成更稳定VB₂、TiB₂颗粒。V/B原子比值小的Al-V-B中间合金中原始VB₂颗粒更多，与在熔体中额外生成的VB₂颗粒，共同提高了Al-V-B中间合金对A356的细化效果。

该项目拟通过合作开发的方式进行转化，从而解决铝硅合金无商业细化剂的行业共性难题，该项目作为基础研究及前期应用探索，揭示其机制并开发一种具有潜在商业应用价值的细化剂。