纳米孪晶金属的发现与纳米孪晶强化

　　提出了纳米孪晶强化金属材料的新原理，开创了纳米孪晶强化材料的新途径。通过引入高密度纳米共格孪晶界在纯铜中实现了超高强度和高塑性及高导电性，发现纳米孪晶可使材料的强度与塑性同步提高，突破了传统强化技术导致材料塑性及导电性降低的窘局，发现了纳米孪晶金属中的极值强度和超高加工硬化效应。纳米孪晶强化及纳米孪晶材料已成为国际材料领域中的研究热点，这一开创性工作引领了国际纳米材料的研究并带动了相关先进材料与技术的研发

　　新型多功能钛合金（Ti2448）

　　对beta类钛合金相变和形变过程开展了系统深入的研究，发现位错环均匀成核和可逆运动的超弹性新机制。结合第一原理计算和实验研究，设计、研制了迄今为止初始杨氏模量最低的钛合金Ti2448 (Ti-24Nb-4Zr-8Sn)。该合金同时具有高强度、高阻尼、超弹性等优异性能和易加工、易焊接等加工性能，与人体组织的生物相容性和力学相容性优异。Ti2448合金医用植入制件于2008年通过了生物学安全性考核，接骨板和脊柱固定系统已完成临床试验，已向国家食品药品监督管理局申报产品注册证。

　　金属材料表面纳米化技术和机理

　　在提出“金属材料表面纳米化”概念和发明实现表面纳米化的技术——表面机械研磨处理（SMAT）的基础上，深入系统地研究了SMAT过程中一系列金属及合金表面晶粒结构纳米化过程的微观机理和表面纳米化材料的性能特征。分别揭示了fcc、bcc及hcp金属变形诱导晶粒结构细化过程和纳米晶粒的形成机制，发现表面纳米化微观机制与传统的变形诱导晶粒细化过程有本质区别，为发展金属材料表面纳米化技术奠定了理论基础。发现表面纳米化提高了金属材料的力学、摩擦磨损、疲劳和扩散等性能。发展了复合表面纳米化技术，大幅度降低了金属材料的表面渗氮、渗铬和渗铝温度。推动了表面纳米化技术在工业上的应用。

　　2001年～2009年先后发表论文46篇，被SCI论文引用1300余次。表面纳米化技术及机理研究在国际材料领域产生重要影响，已成为纳米材料领域的研究热点之一。

　　脆性材料统一拉伸断裂准则

　　提出了拉伸正应力对非晶合金剪切断裂起促进作用，而压缩正应力对剪切断裂起抑制作用，成功地解释了法向应力对各种不同非晶合金拉伸与压缩剪切断裂不对称性的影响规律；在此基础上结合大量不同脆性材料各种典型的拉伸断裂行为，提出了脆性材料统一拉伸断裂准则：椭圆准则，该准则通过提出一个新参数：断裂方式因子 ，将4个经典的断裂与强度准则（最大正应力准则、莫尔-库仑准则、范·米塞斯准则和屈特加准则）有机地统一起来；随后通过设计具有不同正应力/切应力组合的系列拉伸实验，证实了该统一拉伸断裂准则的有效性，这为揭示具有不同性能材料在复杂应力条件下的破坏规律提供了新的参考判据。相关研究结果在Phys Rev Lett和Acta Mater等刊物发表SCI论文40余篇，被国际同行他引700余次，单篇论文他引220次。

　　可视化铸锻技术应用

　　面向核电、水电、造船、高铁等重大装备工程，对大型铸锻件等加工技术进行系统创新，开发了国际先进的X射线实时观察、计算机模拟与中试实验相结合的可视化铸锻技术，与骨干企业密切合作，形成了多项具有自主知识产权的成果并在行业推广应用，取得了一系列重大技术突破与创新：一，在三峡工程重大设备检查组的领导下，结合产学研合作成果，牵头制定了三峡水轮机转轮铸件制造技术规范，突破了水轮机转轮铸件关键相和变形控制技术瓶颈，为水轮机转轮不锈钢铸件国产化提供了技术支撑；二，与企业合作开发了大型船用曲轴、大型铸钢支承辊、百吨级空心钢锭、高速列车转向架铸件等铸锻件关键制造技术，产生重大经济和社会效益；三，可视化铸造技术在规模化铸件上应用，显著提高产品合格率和材料利用率，实现节能降耗。应用可视化铸锻技术突破了若干关键铸锻件受制于人的技术瓶颈，为重型企业发展提供了技术支撑。

　　TiAl合金航空发动机叶片铸造技术

　　针对新型航空发动机涡轮部件减重需求，深入研究TiAl合金凝固特性和活性金属熔液与陶瓷模壳的反应机理，解决了模壳化学稳定性、易挥发合金元素可控添加、硼化物形态优化、大尺寸超薄构件铸造充型、凝固缺陷消除等一系列技术问题。与英国罗罗公司合作，发展了适用于遄达1000和遄达XWB发动机的TiAl涡轮叶片净尺寸精密铸造技术，使叶片制造成本与现有技术相比大幅度下降。