航空发动机作为工业皇冠上的明珠，其服役寿命一直困扰着我国航空工业的发展。航空发动机热障涂层服役环境苛刻包括高温氧化、冷热循环以及熔盐腐蚀等，现有热障涂层制备技术包括大气等离子喷涂（APS）、电子束-物理气相沉积（EB-PVD）等已不能满足下一代发动机设计要求，因此急需开展新一代等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）技术（图1）。PS-PVD热障涂层具有沉积效率高、应力容限好等优点，可实现涂层非视线沉积，是未来航空发动机热障涂层重点发展方向。

图1航空发动机热障涂层及制备技术的研究进展

广东省科学院新材料所张小锋博士（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技术（图2），显著提高了PS-PVD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（表1），被审稿专家评价为“This manuscript is an innovative work with ingenious coating design and sufficient experimental data”。研究成果先后完成了试样级、样品级到真实航空发动机涡轮叶片热障涂层的试制。

图2热障涂层镀铝表面改性过程

表1镀铝表面改性热障涂层与传统涂层性能对比

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》。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41529-020-00134-5

相关工作得到了珠江科技新星（201906010015）、国家自然科学基金（51801034）、广东省科学院百名青年项目（2020GDASYL–20200104030）以及广东省特支创新团队（2019BT02C629）等项目资助。