铸件是工业生产中应用最为广泛的一类构件。受工艺限制，铸造组织通常比较粗大，还伴有缩孔、缩松、夹碴等缺陷，特别是一些大尺寸、高性能要求的铸件常因为轻微的缩孔/缩松缺陷而直接报废。在不改变工件外形尺寸的条件下，实现其组织的细化、致密化、均匀化一直是行业追求的目标。课题组研究人员对铸造合金进行搅拌摩擦加工（FSP）组织重构，发现FSP能有效消除铸造组织中的孔洞、缩松等缺陷，显著细化晶粒组织，破碎粗大第二相并使其溶解到基体中，实现组织的细化、致密化、均匀化及第二相的部分/全部溶解，使材料性能显著提高。这种作用广泛适用于铝、镁、铜等铸造合金。由此建立了不改变铸件尺寸和形状、提高其性能的“FSP（+ 时效）”新工艺。

　　相较于铸造合金，不连续增强金属基复合材料由于含有微、纳尺度的增强相，其分散、调控难度更大。如纳米粒子在铝基体中很难均匀分散，对于纳米碳（纳米碳管，CNT；石墨烯等）增强相，还存在分散时易损伤的挑战，且损伤的纳米碳更易于与Al基体发生界面反应。这些挑战导致纳米相的增强效应难以发挥，制约了铝基纳米复合材料的发展。针对此问题，课题组人员研究了外加与原位自生两种铝基纳米复合材料在FSP组织重构中的增强相分散/形成机制。通过控制复合制备温度，抑制界面反应，进而利用FSP的均匀化、致密化功能，实现纳米碳的低损伤高效分散，进一步通过轧制或挤压实现CNT的定向分布，力学性能大大提高。同时，利用FSP加速元素扩散的作用，对未反应的Al-TiO₂坯锭进行FSP，制备出均匀分散的原位Al₂O₃和Al₃Ti纳米粒子（~80nm）混合增强超细晶铝复合材料，并阐明纳米粒子的形成机制为机械激活界面反应与溶解-析出机制。