Tiだけではダメ？なぜTi-Bを使うのか．結晶粒微細化の仕組みを解説
アルミ鋳造では結晶粒を微細化（＝結晶核を多数化）するために、Al-Ti-B（チタンボロン）系の微細化材が広く使用されています．
しかし現場では、こんな経験をしたことがないでしょうか．
・Tiが添加されたインゴットを使用したけど効果が感じられなかった
・同じはずの5Ti-1Bなのにメーカーによって効きが違うことがある
・長時間保持すると効果が落ちる
・残湯操業ではまったく効かない
・熱分析で調べると初晶過冷却があまり改善しない微細化材がある
一見すると不思議な現象ですが、これらはすべて同じ本質につながっています．
それは、TiやBの添加量そのものではなく、有効な核生成サイトがどれだけ存在しているか、どれだけ残っているかが重要だからです
結晶粒微細化の目的
アルミが凝固するとき、発生した結晶核から結晶が成長していきます．核が少なければ、ひとつひとつの結晶は大きく成長し粗い組織になります．逆に結晶核が多ければ、多数の結晶が同時に成長するため、結晶粒は細かくなります．また凝固挙動が安定します．
結晶粒が微細になると、
・強度向上
・延性向上
・熱間割れ低減
・組織均一化
・引け巣減少〜消滅
その他 凝固挙動が安定するため
・湯周り不良の減少〜消滅
・二枚皮や湯じわ肉欠け、エッジの丸みの減少〜消滅
などが期待できます．
そのため鋳造では、「核生成サイトを増やすこと」が重要になります．
Tiだけじゃダメ？
Ti単独添加でも微細化はできなくはないですが、その前に．まず誤解されがちですが、溶存Tiが直接に結晶核になるわけではありません．Tiをアルミ溶湯に添加すると、溶湯中にAl₃Ti（チタン化アルミニウム）が形成されます．このAl₃Tiは凝固時にアルミ結晶が発生する足場（核生成サイト）となり、微細化に寄与します．
しかし実用上はいくつかの問題があります．
Al₃Tiは、
・粗大化しやすい
・沈降しやすい
・保持中に再溶解する
という特徴があります．
最大の問題は、十分な数の核を作りにくいことです．Al₃Tiは比較的大きな粒子として存在するため、微細な核を大量にまんべんなく分散させることが苦手です．さらに十分な微細化効果を得るには比較的多くのTiが必要になります．
結果として、
・条件によって効果が不安定
・フェーディングしやすい
・過剰添加で脆化やスラッジ化を招く
という欠点があります．
Tiを過剰に添加すると粗大なAl₃Tiが生成し、
・延性低下
・疲労強度低下
・工具摩耗増加
・スラッジ増加
などの原因になることがあります．
つまり、Ti単独は「効かなくはないが、扱いが難しい微細化材」です
Al-Ti-Bは何が良いのか
Ti-B微細化材では、TiB₂（二ホウ化チタン）粒子が利用されます．TiB₂は融点約3225℃（文献値）の非常に安定な化合物です．アルミ溶湯温度では熔解しません．
そのため、
・微細粒子を大量に供給できる
・再熔解せず消失しにくい
・少量添加で高い効果が得られる
という利点があります．
ここで誤解されやすい点があります．
Ti-B添加材はTiとBをばらばらに溶湯へ供給して、炉の中で化合させてTiB₂を作っているわけではありません．当社の販売する高品位なTi-Bは製造段階でTiB₂を形成し、それをアルミ母合金中に分散させています．
つまり、当社のTi-Bスティック（ロッド）を添加すると、既に添加材中に存在しているTiB₂粒子が溶湯中へ供給されることになります．TiB₂粒子が、アルミ結晶が発生する足場（核生成サイト）になります
当社のTi-Bを試してみませんか
なぜ5Ti-1Bは、5w%対1w%なのか
なぜ5Ti-1Bは、Ti（チタン）とB（ホウ素）が5対1なのか．ここにTiB₂だけではない微細化の秘密があります．実はTiB₂粒子だけでは不十分なんです
（次回へ続く）