航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為工業(yè)皇冠上的明珠，其服役壽命一直困擾著我國(guó)航空工業(yè)的發(fā)展。航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層服役環(huán)境苛刻包括高溫氧化、冷熱循環(huán)以及熔鹽腐蝕等，現(xiàn)有熱障涂層制備技術(shù)包括大氣等離子噴涂（APS）、電子束-物理氣相沉積（EB-PVD）等已不能滿足下一代發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求，因此急需開展新一代等離子噴涂-物理氣相沉積（PS-PVD）技術(shù)（圖1）。PS-PVD熱障涂層具有沉積效率高、應(yīng)力容限好等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)涂層非視線沉積，是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層重點(diǎn)發(fā)展方向。

圖1航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層及制備技術(shù)的研究進(jìn)展

廣東省科學(xué)院新材料所張小鋒博士（第一作者）、鄧子謙博士（共同第一）以及李洪博士（共同第一）等人，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)5年的合作，全面揭示了PS-PVD熱障涂層沉積過程中羽毛柱狀結(jié)構(gòu)形成所存在的內(nèi)在科學(xué)問題；闡明了涂層最小組成單元形核、長(zhǎng)大過程；系統(tǒng)研究了模擬環(huán)境下熱障涂層的失效機(jī)制。

通過采用新型的鍍鋁表面改性技術(shù)（圖2），顯著提高了PS-PVD熱障涂層熱循環(huán)性能、高溫氧化性能以及燃?xì)飧g性能、彎曲性能等（表1），被審稿專家評(píng)價(jià)為“This manuscript is an innovative work with ingenious coating design and sufficient experimental data”。研究成果先后完成了試樣級(jí)、樣品級(jí)到真實(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層的試制。

圖2熱障涂層鍍鋁表面改性過程

表1鍍鋁表面改性熱障涂層與傳統(tǒng)涂層性能對(duì)比

上述研究進(jìn)展于近期發(fā)表在材料腐蝕領(lǐng)域的頂級(jí)期刊、Nature合作期刊《npj Materials Degradation》。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41529-020-00134-5

相關(guān)工作得到了珠江科技新星（201906010015）、國(guó)家自然科學(xué)基金（51801034）、廣東省科學(xué)院百名青年項(xiàng)目（2020GDASYL–20200104030）以及廣東省特支創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2019BT02C629）等項(xiàng)目資助。