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TiCx被公認為是一種有效的鋁合金形核劑，但在鋁熔體中易發生結構演變，也容易與某些元素反生反應導致細化“中毒”。因此，研制高效、穩定、抗Zr（Si）致細化“中毒”的鋁合金超級晶粒細化劑——晶種合金，一直是鋁工業界追求的目標，但由于對TiCx促進α-Al形核的科學機理尚不清楚，使上述研究未能取得實質性和突破性進展。

劉相法研究團隊在此領域從基礎研究到應用開發開展了十多年的系統研究，從多相鋁熔體結構演變與調控、TiCx對α-Al形核機理、B摻雜TiCx（TCB）改性，到摻雜型TCB晶種的應用技術等方面開展了長期探索和執著堅守。

目前取得的重要進展包括以下兩個方面。

首先，在基礎研究方面，相關成果以“A new insight into heterogeneous nucleation mechanism of Al by non-stoichiometric TiCx”為題發表在金屬材料領域頂級期刊《Acta Materialia》。研究發現，異質形核襯底TiCx與α-Al間獨特的晶體學位向關系：[011]Al//[011]TiCx，(111)[011]Al與(111)[011]TiCx呈 21°夾角，該夾角的形成從理論上為了消除Al與TiCx晶格參數的差異，提高了晶格匹配度。通過熱力學計算結合第一性原理手段，首次提出TiCx與Al界面處富Ti過渡層的形成條件及關鍵閾值x，TiCx作為一種非化學計量比的化合物，在720℃的鋁熔體中，當x＜0.92時，TiCx能夠不間斷地向鋁熔體中釋放Ti原子，從而使α-Al與TiCx之間形成富Ti過渡層，x越小，釋放Ti的熱力學驅動力越大，TiCx的形核潛力越大。該研究得到了國家自然科學基金重點項目和國家自然科學基金的資助。

其次，基于液態金屬及液固相關性基礎研究，經過多年持續創新和關鍵技術攻關，研究團隊在摻雜型TCB-Al晶種合金及其熔體處理新技術方面取得了重要突破。不僅從根本上破解了Zr致細化“中毒”堵點，而且徹底消除了Si致細化“中毒”難題。為超高強變形鋁合金和高端鑄造鋁合金及其加工技術的發展提供了技術支持。相關技術獲授權國家發明專利8項，申請國際發明專利1項，主持制定國家團體標準1項，注冊商標權1件；獲山東省技術發明一等獎1項。創新產品及應用技術在上市較短時間內，已在國內外60余家先進鋁加工企業推廣應用，其中包括多家行業領先的國際公司，在航空航天制件、高鐵及汽車發動機關鍵零部件制造、高端輪胎模具制造等高端制造領域發揮著不可或缺的重要作用。

參考資料：http://www.cmse.sdu.edu.cn/info/1093/19675.htm