航空发动机和燃气轮机（2机）技术被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，是一个国家科技、工业、经济和国防实力的重要标志，但目前仍是我国的“心病”。先进飞机迫切需要高性能的航空发动机。舰船、电力装备等迫切需要高性能的燃气轮机。如今，2机已被列入国家重大科技专项，成为国家战略。 在2机关键构件上大量应用热喷涂涂层技术，主要如热障涂层等。但随着对2机性能要求的提高，被用做热障涂层几十年的YSZ材料体系已不适应更高温度下工作，亟需开发超高温热障涂层新材料。在工信部《2014 年工业强基专项重点方向》和国家《重点新材料首批次应用示范指导目录（2017年版）》中，都要求热障涂层能在1200℃以上工作条件下使用。原因是我国2机中大量应用的热喷涂热障涂层尚未突破工作温度1200℃以上的材料瓶颈。 纳米热喷涂技术作为一个特殊的应用领域一直受到美国军方的重视，这是因为飞机、舰船和陆上装备都面临着极端的服役条件。本项目面向国家重大战略需求，为突破高端装备关键零部件面临的高性能涂层材料的瓶颈，采用国际先进技术，解决陶瓷涂层共性难题，通过纳米结构陶瓷粉体材料的研制及产业化，发展了纳米热喷涂，不仅能为高端装备关键构件提供多种高性能涂层材料，也为未来3D打印陶瓷开辟了一条制备高性能耗材的有效途径。 1.项目主要研究内容 1)可喷涂纳米结构陶瓷粉体材料的再造粒技术； 2)纳米粉体及涂层的改性调控和纳米晶长大控制； 3)纳米结构陶瓷粉体的致密化和机理研究； 4)纳米结构陶瓷涂层的热喷涂工艺研究； 5)纳米结构陶瓷涂层的表征； 6)纳米结构陶瓷喷涂层的强韧、耐磨、抗蚀、防热机理研究。 2.取得以下发明点 1）提出改性与造粒调控相结合的技术思路，相继突破纳米改性、粉体致密化、粉体材料和涂层的纳米晶控制等关键技术，研制出多系列可喷涂纳米结构球形团聚粉体材料（喂料），包括： ①非转变型四方相（纯t’相）的纳米结构钇稳定氧化锆（ZrO2-8%Y2O3）；②纳米结构锆酸盐（如La2(ZrxCe1-x)2O7、Sm2(ZrxCe1-x)2O7等）； ③纳米结构Al2O3、Al2O3-TiO2、Al2O3-ZrO2、Al2O3-ZrO2-SiC等； ④纳米石墨/石墨烯改性减摩耐磨抗蚀纳米陶瓷粉体材料等。 2）采用上述粉体喂料，通过改性提高MCrAlY合金粘结层的结合强度，进而以热喷涂技术制备出纳米结构的La2Zr2O7/8YSZ 和Sm2Zr2O7/8YSZ双陶瓷型热障涂层，使隔热效果提高70%以上，且有更好的抗热震和抗高温氧化性能。 3）制备出高性能纳米结构的Al2O3-TiO2、Al2O3-ZrO2等系列陶瓷涂层，这些涂层克服了陶瓷自身的脆性，具有高强韧性、高耐磨抗蚀性和高抗热震性的特点。 4）揭示了上述纳米结构陶瓷涂层的强韧、耐磨、抗蚀、隔热、抗热震等机理。 5）建成了粉体材料生产线，已规模化生产上述纳米结构球形团聚粉体材料。

哈尔滨工业大学

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