传统耐热铝合金高温强度低,不能满足高功率密度发动机关键零部件用材料的要求,也限制了其在国防军工和航空航天等领域的应用。因此,大幅度提升铝合金高温性能具有重大战略意义。
从材料熔体结构入手,系统研究了受限空间内Al、Si、C、Al-Si等熔体结构演变规律,明确了特征团簇在演变中的重要作用。发现Al-N系和Al-P系熔体分别存在强相互作用的Al4N和Al6P特征团簇,提出了特征团簇结构稳定性判据 ——熔体团簇与晶体原子第一近邻配位“团簇”相关度。依据Al6P演变规律绘制了磷势图,为调控磷团簇提供了依据,建立了熔体特征团簇演变理论。
提出了团簇溶磷(氮)和粒子固磷(氮)原理,发明并研制出Al-P系和Al-N系等纳米晶种合金及其制备技术;提出了纳米晶种诱导耐热相骨架原位构筑和纳米粒子骨架原位构筑的铝合金高温强化新技术;研制出AlP-AlN诱导Al-Si系耐热相型和纳米AlN三维骨架强化型两种牌号轻质耐热高强铝合金,经国家权威机构检测,其350℃拉伸强度达217MPa,达到国际领先水平。
成果突破了铝合金高温强化的技术瓶颈,相关材料在德国马勒、美国辉门等全球领先的发动机关键零部件制造商获得应用,并推广10个国家。作为自主原始创新成果,授权国家发明专利10项,参与制定国家标准2件;在Adv. Mater.和Acta Mater.等学术期刊发表SCI论文120余篇;获山东省技术发明一等奖1项,山东省自然科学二等奖1项。团队入选首批山东省“科技领军人才创新工作室”称号,1人入选泰山学者特聘教授。