(1) 金属粉末负载纳米陶瓷颗粒细化铝合金的抑制形核与组织演变

采用高能球磨法将纳米陶瓷颗粒均匀分散镶嵌在金属粉末表面，制备金属粉末负载纳米颗粒晶粒细化剂。研究铝液与金属负载纳米颗粒体系的润湿性及界面反应，建立铺展动力学方程，揭示铝液与细化剂的反应润湿机制。从热力学、动力学和传输理论出发，探明纳米颗粒与铝液的相互作用过程及由此产生的界面结合与界面结构，揭示金属粉末负载纳米颗粒的异质形核机制，及其对铝合金凝固过程及组织演变的影响规律。研究成果将丰富铝合金晶粒细化理论，为新型铝合金晶粒细化剂的开发和应用提供了理论和技术支持。

(2) 纳米陶瓷颗粒增强超细晶铝基复合材料的制备与性能

相比于传统的铝基复合材料，纳米陶瓷颗粒增强超细晶铝基复合材料因其优异的颗粒强化和细晶强化效果而表现出更高的比强度、比刚度等性能，在航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。本研究方向采用高能球磨-放电等离子烧结法制备纳米陶瓷颗粒增强超细晶铝基复合材料，研究球磨时间和纳米陶瓷颗粒对粉末形貌和组织以及烧结态试样组织和性能的影响，分析其对烧结行为的影响机制；研究复合材料的热变形行为，分析纳米陶瓷颗粒和超细晶组织对热变形机制的影响；研究固溶时效对复合材料组织和性能的影响规律，探明其时效动力学和强化机制。

(3) 轻合金微弧氧化表面改性

    设计制造了μArc-I型微弧氧化专用电源，在铝合金和镁合金表面制备了优异耐蚀性、耐磨性和耐热涂层，在钛合金表面制备了具有生物活性或光催化活性的功能陶瓷膜。探明了微弧氧化过程中的等离子体放电现象、膜层的生长过程及成膜机理、膜层的组织结构对基材的力学性能、物理与化学性能的影响规律。此方向的研究成果已在Surface and Coatings Technology、Journal of Alloys and Compounds等国内外学术期刊上发表论文SCI收录论文20余篇，受到国际同行学者的关注和引用，论文的总引用次数达500次。

(4) 厚大断面球铁畸变石墨的形成机制及其控制措施

在高档数控机床与基础制造装备科技重大专项课题“高档数控机床用铸铁床身精度保持成套技术研究”的子课题“床身铸造应力场数值模拟及稀土和微量元素对大断面球铁作用机理研究”的资助下，开展了厚大断面球铁机床铸件生产技术的研究，揭示了厚大断面球铁组织中畸变石墨的形成机制及影响因素，提出了采用重稀土和微量元素复合作用抑制畸变石墨形成的措施，探明了合金化和工艺条件对大断面球铁基体组织和性能的影响规律，开发了低应力大断面球铁机床铸件的生产技术。成功制备了球化等级2-3级、石墨大小6-7级、球数100-125个/mm2、本体性能达到QT600-3水平的厚大断面球铁铸件。项目成果已应用于厚大断面球铁床身铸件的生产，该成果对促进我国厚大断面球铁铸件生产技术的发展、提高产品的质量和市场竞争力具有重要的理论意义和实用价值。