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蘭州理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金材料研究中取得一系列重要進(jìn)展
來(lái)源：材料學(xué)院
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2025-09-30

近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院、省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李元東教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際TOP權(quán)威期刊《Journal of Materials Science & Technology》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)，IF：14.3）、《Materials & Design》（中國(guó)科學(xué)院二區(qū)，IF：7.9）和《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)，IF：4.7）上連續(xù)發(fā)表三項(xiàng)高強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金材料重要研究成果，系統(tǒng)揭示了鋁合金中強(qiáng)度與導(dǎo)熱性能的協(xié)同調(diào)控機(jī)制，為高導(dǎo)熱高強(qiáng)鋁合金的設(shè)計(jì)提供了新思路與方法。所有研究成果均以蘭州理工大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，李元東教授為唯一通訊作者，劉文憬博士為第一作者。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出融合電子熵、構(gòu)型熵與振動(dòng)熵的“多熵耦合”設(shè)計(jì)框架理論，結(jié)合第一性原理計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)揭示了Al–Si、Al–Mg及Al–Mn三種合金體系中熵參數(shù)對(duì)性能的影響機(jī)制。研究表明，構(gòu)型熵是提高合金強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，而電子熵與振動(dòng)熵通過(guò)增強(qiáng)電子-聲子散射顯著降低導(dǎo)熱率。

基于上述發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多熵-性能耦合模型，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)AlSi10MnMg合金性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為高導(dǎo)熱、高強(qiáng)鋁合金的定向設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。此外，團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了有效介質(zhì)理論，引入晶界散射、固溶原子衰減及界面態(tài)密度等多物理場(chǎng)因素，建立起熱導(dǎo)率預(yù)測(cè)新模型，其預(yù)測(cè)誤差低于10%，顯著提升了合金設(shè)計(jì)的精確性。在工藝研究方面，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)比較了金屬型鑄造、受控?cái)U(kuò)散凝固與軋制三種工藝所制備的Al–5Sr–5Sb變質(zhì)劑對(duì)AlSi10MnMg合金組織與性能的影響，最終實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與導(dǎo)熱性的協(xié)同提升。該研究突破了鋁合金“強(qiáng)度-導(dǎo)熱”協(xié)同提升的技術(shù)瓶頸，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新材料設(shè)計(jì)與制備技術(shù)體系。（圖/文：李元東、周宏偉；審核：蒲瑞?。?/p>