李建平：微纳米粒子混杂增强铝基复合材料制备、组织调控及其先进活塞应用

?西安工业大学教授 李建平

今天我主要从需求背景与问题导向、研究思路与方法、铸造活塞铝合金分析、高功率密度柴油机活塞应用等方面展开讲解，希望对铜川发展起到绵薄之力。

在需求背景上，我们要了解先进军民用机动车辆都以高速高增压柴油机为动力。对以活塞为代表的燃烧室关键部件的材料性能要求很高。尤其是该类柴油机的标志：高功率密度柴油机(HPD)活塞服役工况极为恶劣。而HPD特点为高爆压、高温度、高转速、小体积。

高爆压高紧凑高速增压柴油机要求活塞材料具有重量轻、高强度、耐磨损、耐高温、抗疲劳、良塑性、易成性等。传统合金不能满足要求，微纳米粒子混杂增强铝基，复合材料的优良性能和可设计性特点有望满足要求。我们团队的研发思路与方法为提出多相微纳米粒子混杂增强铝基复合材料思想，不只强调静态强度，更注重高温服役性能。通过调控基体铝合金中的强化相微米尺度和内生纳米尺度强化相颗粒的尺寸、形态、含量和分布，实现混杂增强效果--兼具高强、耐热、抗疲劳、低膨胀性能。选择近共晶铸造活塞铝合金为基体合金，计算相图，设计合金成分与相组成，以基体合金多种微米凝固相、熔体反应内生纳米TiB2/TiC相、时效析出纳米相混杂增强。采用高剪切液态搅拌+原位反应复合、超声处理与凝固过程调控、高温再时效、性能试验综合技术，研发多相微纳米粒子混杂增强铝基复合材料及活塞，并考核应用。

关于新型高性能Al基复合材料活塞，基于上述基础研究和关键技术突破，开发了能满足高功率密度柴油机苛刻要求的微纳米多相粒子混杂增强Al基复合材料活塞。其中多场耦合辅助凝固技术应用就有多场耦合铝活塞快凝集成装置，该装置已获批发明专利，HPD活塞通过32MPa，2500万周次疲劳试验、通过2000次热疲劳寿命试验和初步发动机整机台架试验，生产与应用为军民两用高功率密度柴油机活塞。

（本报记者 郭雷整理）

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