中南大学李凯副教授：铝合金纳米析出强化机制研究及其在高强韧合金设计中的应用

看点：高强韧铝合金设计

铝合金由于质量轻、比强度高、耐腐蚀、易于回收利用等特性，成为汽车等行业实现节能减排的重要轻量化材料。研究铝合金在时效热处理过程中析出的强化相的结构，是设计合金成分、调控析出相类型从而提升铝合金力学性能的基础。由于铝合金中的亚稳纳米析出相在透射电镜的高能电子束下的结构稳定性低，制约了对其结构的原子尺度表征。

2022年中国压铸、挤压铸造、半固态加工年会将在安徽合肥元一希尔顿酒店召开（会议稍有延期，具体时间另行通知），中南大学李凯副教授将作题为“铝合金纳米析出强化机制研究及其在高强韧合金设计中的应用”。

报告摘要：

纳米析出相结构、尺寸、体积分数及力学行为共同影响析出强化型铝合金的强度。为解决材料计算模拟亟需可靠结构模型的科学问题和亚稳析出相在电镜中易受损的技术问题，通过耦合低损伤球差矫正透射电镜观察和能量-错配度第一性原理计算，首次构建了若干重要析出相如GP区、β”及B’相的晶体结构模型。针对铝合金中若干重要析出相（如β”、 β’）的力学行为认识上的争议，建立了离位-原位TEM综合研究法，阐明了析出相力学行为，并结合多尺度结构定量表征方法及屈服强度本构方程，解决了精准预测多相同时析出强化效果的国际难题。针对当前缺乏跨尺度的高效材料设计方法的问题，通过抓住析出强化型铝合金工业流程中的主要矛盾，提出了采用凝固组织及相平衡的热力学计算来指导高强韧铝合金高效设计的准则，并实现了重要应用。以上系统工作为打通 “原子级到微米尺度结构 – 强度预测 – 高强韧铝合金设计”这一流程奠定了重要基础。

嘉宾简介

[李凯]

李凯，中南大学副教授，材料学及物理学双博士，博士生导师，湖南省电子显微镜中心主任助理，透射电镜专家，致力于铝合金纳米析出强化行为的多尺度微结构研究，在金属材料顶级期刊Acta Materialia（2）、Scripta Materialia（2）为代表的高水平SCI期刊上发表50余篇论文，研发的高强韧铝合金获授权专利2项（排名第1、第5）且其中一项已实现重要应用，主持国家自然科学基金面上、青年、国际合作项目各1项并作为骨干参与国家自然科学基金重点项目2项，应邀为Taylor&Francis出版社的铝合金专著撰写1章节。担任《特种铸造及有色合金》青年编委及Acta Materialia等十余个SCI期刊审稿专家，多次在国际、国内学术会议做邀请报告，多次担任有色金属学会、电镜学会组织的大会的分会场正/副主席。所指导的研究生多次获得有色金属学会优秀硕士论文、湖南省优秀硕士论文、国际铝合金大会最佳海报奖、全国电子显微学学术年会分会优秀报告奖等荣誉。

研究方向：铝合金的纳米析出强化机制研究；高强韧铝合金设计；透射电子显微学

课题组或部门研究成果简介

中南大学粉末冶金国家重点实验室杜勇教授课题组主要从事相图热力学、扩散及界面反应、材料性能测定及计算模拟，材料微结构演变表征与模拟，及梯度结构涂层技术等方面的研究。杜勇教授2003年以来主持国家自然科学基金创新研究群体、杰青、重点、重点国际合作项目，973、中德科学中心国际合作项目等科研项目70余项。课题组在金属材料顶级期刊Acta Materialia上发表10余篇论文，共发表SCI论文300余篇，在剑桥出版社出版材料设计英文专著1本，获得国家自然科学三等奖及湖南省自然科学一等奖。课题组建立了含亚稳相的多元多相合金在全成分和宽广温度范围内热力学描述的理论与方法；发现了描述化学计量化合物扩散生长的新规律，解决了扩散领域的国际难题，建立了获得多元多相合金扩散系数矩阵的理论与方法；建立了目前国际上最完整的多元多相铝合金及硬质合金的热力学及动力学数据库，被国内外600余企业、高校、研究所应用于新材料设计；耦合第一性原理、分子动力学、晶体相场和多相场等方法实现了从原子-介观-宏观尺度的结构模拟，开发了具有自主知识产权的热物性及多尺度材料微结构智能设计软件。

来源：特铸杂志