省科学院新材料所镀铝表面改性热障涂层研究取得新进展

航空发动机作为工业桂冠上的明珠，其服役寿命一直困扰着我国航空工业的发展。近年来，周克崧院士、刘敏教授所领导的高温防护涂层研究团队，围绕着国家重大战略需求，先后承担了“973”计划、“国家重点研发”计划以及 “特支本土创新团队”等十余项高温防护涂层相关项目，聚焦于解决航空发动机涡轮叶片热障涂层所存在的服役寿命短等“卡脖子”难题。研究团队系统开展了等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)第三代热障涂层沉积机理研究；首次提出了镀铝表面改性技术用于进一步提高热障涂层综合性能，并开展了航空发动机地面试车考核。

张小锋博士(第一作者)、邓子谦博士(共同第一)以及李洪博士(共同第一)等人，经过长达5年的合作，全面揭示了PS-PVD热障涂层沉积过程中羽毛柱状结构形成所存在的内在科学问题；阐明了涂层最小组成单元形核、长大过程；系统研究了模拟环境下热障涂层的失效机制。通过采用新型的镀铝表面改性新技术，显著提高了热障涂层热循环性能、高温氧化性能以及燃气腐蚀性能、弯曲性能等，其性能超过传统大气等离子喷涂、电子束-物理气相沉积等热障涂层，被审稿专家评价为“This manuscript is an innovative work with ingenious coating design and sufficient experimental data”。研究成果完成了试样级、样品级到真实航空发动机涡轮叶片热障涂层的试制。

上述研究进展于近期发表在材料腐蚀领域的顶级期刊、Nature合作期刊《NPJ Materials Degradation》(https://doi.org/10.1038/s41529-020-00134-5)，该期刊每个月报道2-4篇在材料腐蚀领域的创新性研究论文。相关工作得到了广东省科学院百名青年项目(2020GDASYL–20200104030)、国家自然科学基金(51801034)以及广东省特支创新团队(2019BT02C629)等项目资助。

图1 航空发动机热障涂层及制备技术的研究进展

图2 热障涂层镀铝表面改性过程

图3 镀铝表面改性热障涂层与传统涂层性能对比

撰稿/供图：邓春明