问题:航空发动机等高端装备长期在高温、燃气冲刷与腐蚀耦合环境下运行,核心部件面临热循环开裂、隔热能力衰减、熔盐腐蚀等多重挑战。
涂层作为关键“高温防护系统”,既要在极端工况下稳定服役,又要与基体材料、结构设计、制造工艺形成系统匹配。
热喷涂以其可在复杂曲面形成功能涂层、适配多材料体系等优势,被视为提升发动机性能与寿命的重要路径,但其工艺窗口窄、质量一致性要求高、长期可靠性验证周期长,是国际竞争中的难点。
原因:一方面,高温防护涂层的失效往往由多因素触发,涉及涂层微观结构演化、热应力累积、界面反应与腐蚀介质渗透等复杂机理,单一指标提升难以换来整体性能跃升。
另一方面,先进工艺装备、原材料体系、表征评价与试验验证环节相互牵制,形成“从原理到工程”的链条式壁垒,任何一环薄弱都会影响涂层在真实工况下的稳定性与可重复性。
此外,重大型号研制时间表紧、验证标准严,要求科研与工程迭代并行推进,对团队的组织协同与持续投入提出更高要求。
影响:围绕上述瓶颈,广东省科学院新材料研究所热喷涂研究团队长期开展工艺与材料的系统攻关。
团队以等离子喷涂-物理气相沉积涂层(PS-PVD)工艺研究为切入点,进一步提出在热障涂层表面开展镀铝改性的思路,旨在提升涂层的热循环与隔热性能,并增强耐熔盐腐蚀能力,从而延长部件服役寿命。
经过多年持续研究与工程验证,团队实现了相关技术在多型号航空发动机试车中的应用,并推动成果向燃气轮机领域商业化交付,补齐国内在该方向的技术短板。
2025年5月,相关技术进展入选中国表面科技年度重要进展,反映出其在行业内的认可度与示范效应。
对产业链而言,此类突破不仅提升关键部件可靠性,也有助于推动涂层装备、粉末材料、检测评价等配套环节的协同升级,为高端制造体系夯实基础。
对策:为提升科研攻关的效率与落地能力,团队在“需求牵引、工程牵引”基础上加强平台化组织与梯队化培养,形成老中青衔接的协作机制,覆盖不同经验层级与专业方向,提升跨环节协同效率。
同时,依托国家级科研平台,团队实现从基础研究、工艺优化到产品验证的全链条参与,确保关键参数可追溯、质量控制可复制。
近年,面向数据驱动研发趋势,团队将数字化方法引入材料设计与工艺优化,探索以仿真、数据分析与实验迭代结合的路径,力求在缩短研发周期、提升参数寻优效率、增强一致性控制等方面取得更大成效。
多维度投入与机制优化,为应对“高温防护涂层既要先进又要可靠”的双重要求提供支撑。
前景:随着发动机向更高推重比、更高涡轮前温方向演进,高温部件的材料体系与防护策略将发生深刻变化。
未来零部件有望更多采用更轻、更耐高温的陶瓷基材料,同时对热障涂层、环境障涂层及隐身涂层等提出更高综合要求:不仅要隔热、抗氧化、抗腐蚀,还要在多场耦合环境下保持长期稳定,并兼顾制造成本与批产一致性。
面向2026年及更长周期,团队计划持续攻关新一代发动机热障涂层、环境障涂层及相关先进功能涂层技术,推动关键技术在国防重点型号中实现新应用。
业内认为,随着工艺装备国产化能力提升、标准体系完善与数字化研发深化,高温涂层技术将进一步向“高性能、长寿命、可规模制造”方向加速演进,为我国高端动力装备的自主可控与性能跃升提供更坚实支撑。
从实验室到生产线的跨越,张小锋团队十六年如一日的坚守,诠释了新时代科研工作者的使命担当。
在建设科技强国的征程上,正是这些扎根一线的创新力量,以关键技术突破筑牢产业根基。
随着材料科学的持续进步,中国制造向高端化迈进的道路必将越走越宽广。