TiB2诱导亚稳态富铁金属间相形成提升高铁压铸铝合金延展性的机制研究

【编辑推荐】为解决再生铝合金中铁(Fe)富集导致脆性相析出、力学性能下降的问题，研究人员通过真空辅助高压压铸(HPDC)技术，在含0.7 wt.% Fe的AlSi10Mg合金中添加TiB2颗粒，成功将延伸率提升50.8%（达9.2±0.3%），揭示了TiB2诱导π-AlSiMgFe相向β-AlSiFe相转变的机制，为免热处理高性能再生铝合金开发提供新思路。

　　

随着新能源汽车和通信基站对轻量化集成部件需求激增，真空辅助高压压铸(HPDC)技术因其高精度、低孔隙率特性成为核心工艺。然而，再生铝合金中不可避免的铁(Fe)元素富集会形成粗大针状富铁相(如π-AlSiMgFe)，严重损害材料延展性。传统除铁工艺如离心分离或Mn/Cr微合金化存在成本高、工艺窗口窄等问题，亟需开发高效调控技术。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地将TiB₂颗粒引入含0.7 wt.% Fe的AlSi10Mg合金真空HPDC工艺。通过微观结构表征与力学性能测试，发现TiB₂使富铁相从π-AlSiMgFe转变为β-AlSiFe型，合金延伸率从6.1±0.2%跃升至9.2±0.3%，增幅达50.8%，而抗拉强度仅小幅提升至312±10 MPa。该成果发表于《Materials Science and Engineering: A》，为免热处理再生铝合金的工业应用提供了关键技术路径。

关键技术方法
研究采用真空辅助HPDC制备试样，通过Al-2 wt.% TiB₂中间合金添加1.5 wt.%改性剂。利用X射线荧光光谱(XRF)分析成分，结合拉伸试验评估力学性能，并采用扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)解析相变机制。

研究结果

1. 材料特性：基体合金含9.56 wt.% Si、0.76 wt.% Fe，TiB₂改性后形成亚微米级颗粒分散体系。
2. 力学性能：TiB₂使延伸率显著提升，但强度贡献主要来自固溶强化(σ_ss)和沉淀强化(σ_s)，而非晶界强化(σ_GB)。
3. 微观机制：TiB₂通过改变局部熔体凝固条件，促使Fe元素重分布，诱导β-AlSiFe亚稳态相形成，减少应力集中。

结论与意义
该研究首次证实TiB₂在HPDC过程中对富铁相形貌的调控作用，突破了传统晶粒细化理论的认知局限。通过避免成本高昂的热处理工序，实现了再生铝合金强度-延展性的协同优化，对推动绿色制造和资源循环利用具有重要工程价值。作者团队（Ying Fu、Zongning Chen等）指出，该策略可扩展至其他含Fe再生铝合金体系，为新能源汽车大型一体化压铸部件开发提供新范式。