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A1P与Si相晶格结构相同,品格参数相近,是Si相的良好异质形核衬底,在工业上被广泛用于变质、细化近共晶及过共晶Al-Si合金。近年来,A1P也被用于细化过共晶Al-Mg2Si合金。在A1P析出前,P在铝熔体中以A1-P原子团簇(简称A1-P团簇)形式存在,作为A1P相的前驱体团簇,其在多元铝合金熔体中的演变行为及其化学稳定性,对A1P相的析出及最终磷变质效果具有重要影响。本文采用实验、第一性原理模拟、热力学分析与电负性理论分析相结合的方法,研究了Al-Si-X-P熔体中A1-P团簇的演变行为；分析了该团簇在γ-Al2O3薄膜处的富集及A1P析出行为,以及诱发形成Al-Si合金表面富Si层的机理；系统研究了合金元素对A1-P团簇化学稳定性的影响；研究了Al-Si-Mg合金中Al-P团簇与初晶Mg2Si相异质形核衬底的演变规律与形核机制。(1)Al-P团簇在凝固过程中的演变及在γ-Al2O3表面的富集析出通过第一性原理模拟二元A1-P熔体结构发现, P原子之间相互排斥,而易与A1形成A1nP型(3≤n≤10)A1-P团簇。其中,A1配位数并不恒定,但以六配位为主,其平均配位数为6.32。即使在3×1014。C/s的冷速下,A1-P团簇仍对温度变化敏感,可克服粘度障碍,向晶态结构方向演变。一方面,A1-P团簇单体不断调整配位A1原子数目；另一方面,不同A1-P团簇单体相互聚集,通过A1原子桥接形成大团簇,进而形成A1P晶胚或A1P微晶。发现γ-Al2O3薄膜可吸附熔体内A1-P团簇,加快该团簇演变与A1P微晶化,并弥散分布于其薄膜上。在磷变质A1-Si合金熔体冷却凝固(冷凝)过程中,通过‘’γ-Al2O3/AlP/Si"三相传递异质形核机理,合金表面γ-Al2O3薄膜处先后析出大量以(111)为择优取向的A1P与初晶Si,形成Al-Si合金表面富Si层。其中,近共晶Al-Si合金表面富Si层中初晶Si为被(111)晶面覆盖的六角板片状；而过共晶Al-Si合金表面富Si层中靠近合金表面的初晶Si(111)面可在较大温度梯度的影响下,沿[111]晶向继续生长,使{311}晶面外露,形成六棱台／锥状。(2) Al-Si-X-P熔体中Al-P团簇化学稳定性研究通过实验、第一性原理模拟、热力学分析及电负性理论分析相结合的方法,系统研究了Al-Si-X-P熔体中X元素对A1-P团簇化学稳定性的影响。绘制出元素对A1-P团簇化学稳定性影响程度分区图,将合金元素X分为三类：①毒化元素((p<2.9),即能显著破坏Al-P团簇化学稳定性的元素；②两性元素(2.9<(p<3.6),该类元素含量较低时,基本不影响Al-P团簇的化学稳定性,但含量超过某一临界浓度便可表现出破坏Al-P团簇化学稳定性的能力；③非毒化元素(φ>3.6),对Al-P团簇化学稳定性无影响。研究还发现, Si原子及Al原子可通过与合金元素(主要是两性元素)结合而在一定程度上促进Al-P团簇形成或者抑制两性元素对Al-P团簇的破坏作用。(3)Al-Si-Mg合金中Al-P团簇及初晶Mg2Si相形核衬底的演变与控制发现Mg与A1-P中间合金的添加顺序可影响近共晶Al-Si熔体中A1-P团簇的化学稳定性及磷变质效果。先加Al-P中间合金后加入Mg时,Mg可破坏熔体中已经存在的A1-P团簇,阻碍A1P微晶的析出,使磷变质效果失效。当先加入Mg后加入Al-P中间合金时,Mg可与熔体内大量存在的Si原子优先结合为Mg-Si团簇,降低自身活性,而与后溶解于熔体的A1-P团簇在相当时间内共存,不影响最终磷变质效果。因此,建议工业生产中先加合金化元素Mg再磷变质处理。研究了磷细化Al-Mg2Si合金中初晶Mg2Si异质形核衬底的演变规律与多重异质形核机制。在Al-Mg-Si熔体中,AlP可与熔体反应,发生"AlP→Mg3P2/AlP复合粒子→Mg3P2"的演变,且演变速率随熔体内Mg含量升高而加快。晶体错配度计算表明,磷化物衬底的演变可提高其对初晶Mg2Si相的形核能力。研究还发现,在Al-Mg-Si熔体内新生成的Mg3P2为Al掺杂型Mg3P2；在Al-Mg-Si-Ca熔体中,磷化物衬底可进一步演变为Al、Ca共同掺杂型Mg3P2。掺杂型Mg3P2具有更高的化学稳定性,表现出抗Ca“中毒”能力。同时,随熔体中Mg含量升高,磷化物衬底的抗Ca“中毒”能力也随之增强。