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新材料技术,金属材料

铝合金密度低、储量大，是应用最广泛的金属结构材料之一。但铝合金材料弹性模量低，无法满足航空航天、武器装备和交通运输等对金属结构材料高强度、高刚度的设计需求。进入21世纪以来，大量学者通过搅拌铸造、挤压浸渗、粉末冶金等方法将微米级陶瓷颗粒加入铝合金内，制备得到了高强度、高模量的陶瓷颗粒增强铝基复合材料。但是，上述外加陶瓷颗粒存在含量高、粒径大、棱角尖锐、界面反应等问题，在提高铝合金强度和模量的同时，也极大降低了铝合金材料的塑韧性与加工性能。因此，本项目创新性地采用原位自生技术路线，在铝合金熔体内原位合成微纳米陶瓷颗粒，并发明了相关复合材料液态/固态成形技术，实现了高性能微纳颗粒增强铝基复合材料的高质量原位合成与成形制备。

1.微纳颗粒原位合成控制技术： 针对原位自生微纳颗粒形态尺寸难控制、易团聚，复合材料熔体难净化等技术难题，开发了元素掺杂形态尺寸调控技术、微纳颗粒自分散与防沉降技术、反应产物分离与熔体净化技术，实现了高纯净近球形微纳颗粒的可控原位合成。 2.铝基复合材料固液双相熔体凝固成形技术：针对复合材料固液双相熔体凝固行为复杂、熔体黏度高、凝固充型与补缩困难，晶粒组织不均匀、元素与颗粒偏析严重等技术难题，阐明了微纳颗粒对熔体流动和凝固行为的影响机制，开发了复合材料固液双相熔体凝固及复杂构件成形技术、大型铸锭半连续铸造技术、复合材料粉体及增材制造技术，实现了微纳颗粒增强铝基复合材料大型复杂薄壁构件、大尺寸连铸锭及精密构件的凝固成形。 3.铝基复合材料的塑性成形与组织调控技术：针对铝基复合材料变形组织不均匀，颗粒/基体微区变形不协调、界面易萌生裂纹，性能不稳定、塑性差等难题，发明了复合材料动静协同变形组织调控技术、塑性成形缺陷控制技术、界面改性固态相变控制技术，实现了铝基复合材料的无缺陷、高质量塑性成形与强塑性同步提升。

项目团队：由上海交通大学、安徽相邦复合材料有限公司合作完成。王浩伟为项目主持人，制定了微纳颗粒增强铝基复合材料的总体思路和工作方案，负责整个项目的组织、管理和协调工作，对复合材料的颗粒控制、复合材料的铸造制备方法做出了突出贡献；陈哲主要负责微纳颗粒增强铝基复合材料塑性变形相关的组织结构调控，对形变组织与微结构调控、细晶/超细晶做出了突出贡献，发明了低应变细晶控制技术，保持塑性的同时大幅度提高了强度刚度，并实现了变形材料的各向同性。

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