变形铝合金用稀土晶粒细化剂制备及效果研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：
2. 细晶强化的方法

细晶强化普遍是从两个方面考虑，分别是增加晶核数量或者控制晶体生长速度。从这两个角度出发，常见的细化晶粒方法主要有以下三种：

1. 控制过冷度

材料的晶粒细化与其形核率有着紧密的关系，即形核率越高，晶粒尺寸越小。而形核率与晶核的数量以及晶粒的生长速度有关。三者的关系可以从下列公式中得到：

其中，N是材料的形核率，为晶核的数量，是晶粒的生长速度，K是常数。我们可以看出，晶核越多，晶粒生长速度越快，形核率越高。而二者均可以通过控制温度（或者说过冷度）来调节。晶核的数量以及晶粒的生长速度与温度的曲线如图1-1（a）、（b）所示。

图1-1 （a）晶核的数量与温度的曲线。 （b）晶粒的生长速度与温度的曲线

（c）晶核的数量、晶粒的生长速度、形核率与温度的曲线^[1]

从图中看出，虽然二者与过冷度均有关，但过冷度增大时，二者的变化方向不一致。因此，当综合考虑二者时，形核率与温度的曲线便如图1-1（c）所示。可以看到，当控制温度（过冷度）在一定范围内，便可以得到最大的形核率，进而细化晶粒。

在工业上，传统的提高过冷度的方法是采用提高冷却速度的方法来实现的，如将砂模换为导热性好的金属模，在模外强制冷却以及低温慢速浇注等方法。近些年来，则采用了快速凝固技术，进一步提升了细化晶粒的能力。

1. 物理场细化法

物理场细化法是指通过物理场对金属液体进行振动、搅拌的方式细化晶粒。在搅拌的过程中，金属液体中被输入了额外能量、增大了能量起伏，从而可以更加有效地提供形核所需要的形核功。除此之外，金属液体里的搅拌也可以破坏部分枝晶，从而增大晶核数量，降低晶粒尺寸，达到细化晶粒的目的。

就目前来说，根据细化的方式，物理场细化法可以分为直接进行机械振动、搅拌的机械法和通过电场、电磁场、超声波等进行处理的物理场法 ^[2] 。在大规模的实际生产中，常常使用前种方法。但是对于后者的研究也有了许多进展。例如：李辉等人发现经电流处理的亚共晶铝合金初生的alpha;–Al由粗大树枝晶逐渐变细，最终几乎变为颗粒状^[3]；朱耀明证明磁场铸造对Al-Cu-Zn-Mg合金的铸态显微组织有明显的细化效果，减少了内部枝晶现象^[4]；张作贵研究发现交流电磁场对Al-Ti-B中间合金有良好的除杂效果，且能够改善细化效果。^[5]