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铸造铝合金无法通过变形处理提高力学性能,因此铸态组织是决定其最终性能的第一要素。目前工业上普遍采用向熔体中添加中间合金的方法来调整合金成分、改善铸态组织。Al-Ti-B系中间合金是处理铝合金的一类重要中间合金,其按照Ti、B的质量百分比主要分为两大类：一类是Ti:B>2.2:1的过钛中间合金,基体中主要含有TiAl3和TiB2两种金属间化合物;另一类则是Ti:B≤2.2:1的低钛中间合金,以硼化物(AlB2、AlB12和TiB2)为主要的金属间化合物。低钛Al-Ti-B中间合金可以用Al(-Ti)-B来表示,是一种具有广泛应用前景的中间合金。本文针对传统的氟盐反应法制备Al(-Ti)-B中间合金中存在的一些关键问题,例如B元素收成不佳、颗粒尺寸分布不均、形貌难以控制及合金洁净度差等,研发出一种改良的氟盐法制备工艺——熔剂覆盖反应法。此法利用铝熔体与氟盐之间的密度差,在二者之间形成一层反应界面,生成的各种金属间化合物因密度较大逐渐沉降,而反应的产物K-Al-F盐因密度较轻上浮,从而维持反应的持续进行。熔剂覆盖反应法克服了传统氟盐法存在的缺陷：反应过程中无需施加搅拌作用,熔体的洁净度提高；生成的K-Al-F盐上浮至表层起到了覆盖保护的作用,因此减轻了KBF4的进一步分解,提高了B的收成率；通过控制反应温度、保温时间等可以在一定程度上控制金属间化合物的尺寸及形貌。基于熔剂覆盖反应法,本文以典型铸造铝合金为处理对象,就Al(-Ti)-B中间合金研究中存在的一些关键科学问题开展研究,包括作为Al-Si合金细化剂的Al-3B合金和Al-3Ti-3B合金的细化行为及机理,以及用于制备铸造铝基复合材料的Al-5TiB2中间合金的强化效果和机制,研究结果表明：(1)采用熔剂覆盖反应法制备Al-3B中间合金,B元素的收成率在90%以上,这比工业中普遍采用的机械搅拌法制备的中间合金高出15个百分点,大幅降低了原料成本。当采用850℃的反应温度、保温5 min、金属型冷却时,可以得到AlB2细小弥散分布、界面清晰的Al-3B中间合金。使用此Al-3B中间合金,实现了对纯度为99.7%的工业纯铝(CPAl)的细化,从而澄清了文献中关于Al-3B能否细化纯铝的争论。本文基于凝固理论建立了纯铝凝固过程的柱状晶—等轴晶转变分析模型,分析表明,AlB2颗粒的尺寸分布、Al-3B中间合金的洁净程度、铝的纯度以及细化方法均为影响Al-3B对纯铝细化效果的关键因素。此外,细化多种二元(Al-Zn、Al-Cu、Al-Mg、Al-Si)和三元(AlS7Mg0.3、AlCu8Si、AlZn5Mg)铝合金的对比结果表明Si对Al-B合金的细化效果有很强的促进作用,推测是Si与AlB2存在相互作用,促使AlB2对α-Al的形核效率增强。在Al-7Si合金的α-Al晶粒中心发现了形貌完整的形核颗粒AlB2,这既辅证了AlB2对α-Al的形核能力,也证明了AlB2在铝熔体中可以稳定存在,不会轻易发生分解。(2)针对在细化处理Al-Si系铸造合金时,传统的Al-5Ti-B效果不佳,以及Al-3B合金在长时间保温过程中细化作用衰退明显的问题,本文设计了一种双流浇注工艺,制备出新型的Al-Ti-3B中间合金。通过分别在800、1000℃下制备Al-6Ti、Al-6B中间熔体,然后混合浇注的方法使得中间合金中同时存在四种金属间化合物颗粒：TiAl3、 AlB2、AlB12和TiB2。利用Al-B包晶反应AlB12 + Al→ AIB2的缓慢特性,使得TiAl3可以长时间存在于所细化的合金熔体中,并且保温期间的包晶反应生成物AlB2可以不断为熔体提供异质形核基底。此法制备的Al-3Ti-3B中间合金在细化Al-7Si合金时比Al-3B中间合金有着更好的细化效率,并且可以在添加细化剂后的较长时间内维持优良的细化效果,具有广泛的工业应用前景。(3)采用熔剂覆盖反应法制备出一种优质的Al-5TiB2中间合金,其TiB2尺寸细小(平均尺寸357 nm)、分布较为弥散。通过重熔稀释法制备了TiB2含量不同的AlSi7Mg0.3-xTiB2、AlCu4.5Si1.1-xTiB、AlZn6Mg0.5-xTiB2 (x=0-4)铸造铝合金基复合材料,解决了传统原位合成反应法的复合材料成分难以控制的难题。复合材料的拉伸测试结果表明,重熔稀释法特别适用于强化AlCu4.5Si1.1合金,其铸态和热处理态的材料强度和塑性可以同时得到提高：而对AlSi7Mg0.3 和 AlZn6Mg0.5来说,则分别适用于强化热处理态性能和铸态性能。本文通过引入颗粒分散度的参数εT,对TiB2的强化机制建立了数学模型,将不同强化机制与εT有机地联系起来。分析结果表明：因为TiB2在AlCu4.5Si1.1中分布最为弥散,促进了细晶强化、Orowan强化以及CTE强化的共同作用；而AlSi7Mg0.3-xTiB2中的TiB2分布较为弥散,因此TiB2对AlSi7Mg0.3-xTiB2复合材料铸态性能的改善效果较AlCu4.5Si1.1要差；AlZn6Mg0.5-xTiB2中的TiB2团聚现象最为严重,因此其Orowan强化机制和CTE强化机制作用最弱,强度的提高则主要源于细晶强化。