Al-Si系铸造合金具有较高的比强度、良好的铸造性能和机加工性能,广泛应用于汽车零部件生产及其它工业领域。添加细化剂可以有效细化Al-Si系铸造合金的晶粒组织,从而提升合金力学性能和减少铸造缺陷。本文开发了适用于Al-Si系铸造合金的新型Al-2La-1B和Al-2Ce-1B细化剂。这两种细化剂与合金中的Si元素不存在“毒化”作用,也不影响Sr元素的变质作用。实现了对工业用Al-Si系铸造合金的组织调控、缺陷控制与性能提升。本文进一步通过理论及实验分析证明了稀土硼化物与铝之间存在特定的晶体学位向关系;通过研究稀土硼化物的细化能力对常见合金元素的敏感性,揭示了LaB₆/CeB₆的细化行为及其机理。Al-2La-1B和Al-2Ce-1B细化剂均能显著细化工业Al-Si系铸造合金,CeB₆颗粒的形核能力高于LaB₆颗粒,当添加量相同时,Al-2Ce-1B细化剂的细化效果要好于Al-2La-1B细化剂。在本文中通过添加细化剂的方式来优化合金组织与性能时,细化剂的添加量存在最优值1.0wt%。添加1.0wt%Al-2Ce-1B细化剂后,Al-7Si-4Cu合金的平均晶粒尺寸从1200μm减小为240μm。Al-7Si-4Cu的铸态抗拉强度和屈服强度分别为250.6MPa和130.8MPa,延伸率为4.5%,相较于细化前分别提升22.6%、33.3%和66.7%,同时合金的流动性也得到改善。Al-7Si-0.3Mg和Al-10Si-0.3Mg合金细化后存在类似规律。边对边匹配模型（Edge-to-edge matching model,E2EM）预测结果表明LaB₆/CeB₆与Al之间存在三种可能的位向关系,即（100）_Al//（100）_LaB6/CeB6,[001]_Al-//[001]_LaB6/CeB6;（110）_Al//（110）_LaB6/CeB6,[001]_Al//[001]_LaB6/CeB6;（11（?））_Al//（11（?））_LaB6/CeB6,[011]_Al//[011]_LaB6/CeB6。透射电子显微镜分析结果表明LaB₆与Al之间的晶体学位向关系与模型预测结果完全一致,验证了E2EM预测结果的准确性,证明了LaB₆/CeB₆在Al-Si系铸造合金中的形核能力。LaB₆/CeB₆可以作为初生铝的形核基底,添加细化剂后合金凝固时初生铝形核过冷度显著降低,形核率显著增加,凝固后合金晶粒尺寸显著减小。Al-2La-1B/Al-2Ce-1B细化剂的细化机理为初生铝在LaB₆/CeB₆颗粒表面直接形核。在这种形核模式下,两相之间的错配度与界面状态显著影响细化行为。初生铝固溶原子尺寸较大的元素之后,如Mg、Sr、Y,晶格常数较纯铝增大,导致LaB₆与Al的错配度减小,形核时LaB₆与Al界面能较小,初生铝在LaB₆表面形核所需的过冷度较低,LaB₆细化能力较强,加入原子尺寸较小的元素,如Cu、Fe、Zn,则产生相反的影响。高分辨透射电子显微镜分析结果表明,Al-2.0Mg合金中LaB₆和α-Al界面处的Al原子排列规则;Al-2.1Cu合金中两相界面处的Al原子存在过渡区,过渡区内出现Al原子间距扩张现象和位错。原子规则排列时处于能量最低状态,相较于Al-2.1Cu合金中LaB₆与Al基体界面,Al-2.0Mg合金中的LaB₆与Al的界面能量更低,故初生铝形核时所需的形核过冷度更低。