航空發動機作為工業皇冠上的明珠，其服役壽命一直困擾著我國航空工業的發展。航空發動機熱障涂層服役環境苛刻包括高溫氧化、冷熱循環以及熔鹽腐蝕等，現有熱障涂層制備技術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動機設計要求，因此急需開展新一代等離子噴涂-物理氣相沉積（PS-PVD）技術（圖1）。PS-PVD熱障涂層具有沉積效率高、應力容限好等優點，可實現涂層非視線沉積，是未來航空發動機熱障涂層重點發展方向。

圖1航空發動機熱障涂層及制備技術的研究進展

廣東省科學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，經過長達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構形成所存在的內在科學問題；闡明了涂層最小組成單元形核、長大過程；系統研究了模擬環境下熱障涂層的失效機制。

通過采用新型的鍍鋁表面改性技術（圖2），顯著提高了PS-PVD熱障涂層熱循環性能、高溫氧化性能以及燃氣腐蝕性能、彎曲性能等（表1），被審稿專家評價為“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、樣品級到真實航空發動機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涂層性能對比

上述研究進展于近期發表在材料腐蝕領域的頂級期刊、Nature合作期刊《npj Materials Degradation》。

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

相關工作得到了珠江科技新星（201906010015）、國家自然科學基金（51801034）、廣東省科學院百名青年項目（2020GDASYL–20200104030）以及廣東省特支創新團隊（2019BT02C629）等項目資助。