过共晶铝硅合金因其具有较高的比强度和比模量、良好的耐磨性和可加工性、优异的热稳定性等优点成为一种出色的工程材料。在汽车制造领域,过共晶铝硅合金是制造发动机活塞和缸套等零件的重要材料。然而,该合金中未经变质处理的硅常以粗大五瓣星状初晶硅和长针状共晶硅存在。这些硅相割裂了合金基体,降低了合金的硬度、耐磨性和热稳定性。因此,需要对过共晶铝硅合金的组织进行变质处理,细化硅相的尺寸,改善硅相的形貌,以提高合金的使用性能。本文主要利用金相显微镜（OM）、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和硬度计等测试手段,通过选择性控制TiO2和CuO两种氧化物铝合金熔体中铝热反应原位生成Al₂O₃工艺过程,研究了原位生成Al₂O₃对Al-24wt.%Si合金中初晶硅的变质细化作用和铸造工艺条件影响规律及对合金硬度的影响。结果表明,经原位生成Al₂O₃变质处理后,初晶硅尺寸由未变质的100μm细化到30μm以下;而且初晶硅的棱角钝化,合金组织更均匀。与TiO2与Al的反应相比,CuO与Al反应更迅速、完全,细化初晶硅的效果更佳。采用正交试验法研究了CuO铝热反应原位生成Al₂O₃变质Al-24wt.%Si合金的铸造工艺条件,确定了最佳变质工艺参数为:保温温度900℃、保温时间15min、CuO添加量3.5wt.%,初晶硅尺寸可达25μm。Al₂O₃和Si均为立方结构,且具有约3%的小晶格失配度,表明Al₂O₃可以作为初晶硅的异质核心。再者,原位生成的Al₂O₃粒子与铝合金基体具有良好的润湿性。此外,原位生成的Al₂O₃粒子在铝合金熔体中分散性较好。故此,初晶硅相易于附着在Al₂O₃衬底上形核和生长,从而提高了初晶硅的成核数量和效率。即原位生成的Al₂O₃增加了初晶硅异质核心的数量,对过共晶铝硅合金中初晶硅的变质符合异质形核机理。对变质处理后的Al-24 wt.%Si合金中的共晶组织显微硬度测试结果表明,合金组织的细化效果越好,合金的硬度越高,最高硬度达到118.5HV1,提高了近50%。此外,原位反应生成的Al₂O₃和Al2Cu对提高合金的硬度有一定的贡献。