铝是地壳中含量最为丰富的金属元素，也是用量仅次于钢铁的金属材料。小到口罩上的铝制定位条，大到飞机的铝合金机翼，铝材的身影几乎无处不在。
随着高端装备、航空航天、新能源等产业快速发展，对铝材的强度、耐热、耐磨、刚性等性能提出了更高要求。研发性能优异的新型铝基材料，已成为我国铝产业转型升级的关键方向。
面对这一产业需求，大连理工大学辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室教授李廷举和主任王同敏带领团队突破多项技术难题，研发出瓷刚铝新材料，为我国铝产业的转型升级开辟了新路径。
实验室科研团队研讨课题。受访单位供图实现刚柔相济
铝质轻、易加工，是优良的结构用材，但柔软的特性限制了其承载条件。如果将铝与其他材料结合，就可制成铝基复合材料，取长补短，实现材料性能的飞跃。
但铝基复合材料繁杂的工艺和昂贵的价格却让很多企业望而却步，其应用也局限于小批量的特殊场景。高性能、易加工、低成本的铝基复合材料从研发、制造到销售长期被外国垄断。
王同敏介绍：“长期以来，我国所生产的铝基复合材料往往刚而不柔，成形困难。以颗粒增强6XXX系铝基复合材料挤压型材为例，采用搅拌铸造或粉末冶金工艺制备的复合材料延伸率常常不足5%，良品率低。”
为国家铝工业由大变强出一份力，一直是实验室全体人员的信念。王同敏骄傲地告诉记者：“在前人努力的基础上，实验室科研人员研发了原位自生铝基复合材料。”不同于传统外加法制备的铝基复合材料，原位自生铝基复合材料通过特殊的化学方法，让铝熔体内“生长”出刚硬的陶瓷粒子，实现刚柔相济，有效解决了材料柔而不刚的难题。
攻克技术难关
原位自生铝基复合材料是通过化学反应，在铝熔体中生成细小稳定的强化陶瓷粒子，再凝固而成。在制备过程中，如果原位自生的陶瓷粒子分布不均匀，就会出现“颗粒团聚”，严重影响产品质量。
实验室科研人员针对瓷刚铝制备过程中“颗粒团聚”的瓶颈难题，创新性提出了“声场谐振干预”技术。该技术利用声空化产生的非线性效应，在复合材料熔体凝固过程中施加超声外场振动，依靠空化泡破裂产生的局部高速射流，实现铝基复合材料凝固组织中纳米陶瓷粒子的弥散化分布。
技术原理虽然简单，但科研人员“二十年磨一剑”，经过不断的攻关试验，才终于突破上述技术瓶颈。基于多项独创技术，实验室团队申请了47项发明专利，并将这种刚柔相济的新材料命名为——瓷刚铝新材料。
推动行业发展
数据显示，瓷刚铝新材料的铸态晶粒尺寸由原来的毫米级细化至微米级，原位自生陶瓷粒子的平均尺寸达到纳米级。瓷刚铝制成母材后，既可重熔稀释进行二次合金化，制备新材料，也可以作为添加剂对现有材料进行改性，提升性能。除此以外，原位自生陶瓷粒子还可与声场谐振技术联用，对再生铝进行处理，使再生铝材料的铁含量容限提升一倍以上。
更令人惊喜的是，瓷刚铝新材料及其相关技术还解决了冶金质量难题，可以与电解铝液直供产业深度融合，使铝基复合材料生产流程缩短2/3，能耗大幅降低。
“从2022年开始，已有多家企业与我们对接。瓷刚铝新材料及其相关技术改性后的铝材在一体化压铸免热处理合金、架空铝导线和海底电缆、航空3D打印金属粉末、新能源汽车热管理系统等多个项目中得到运用。”王同敏说。
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