获奖项目名称：

金属基热障涂层基础理论与应用设计

第一完成单位：

北京工业大学

项目联系人：

周正

联系人电话：

13681055701

联系人邮箱：

zhouzhengbjut@bjut.edu.cn

项目简介：

  交通运输燃油消耗约占全国石油终端消费总量的60%，碳排放量约占全社会碳排放总量的11%，不仅带来了沉重的能源负担，更对生态环境造成了严重的污染和破坏。因此，作为主动力装置的汽油机与柴油机的节能减排，是保证我国能源安全、实现“双碳目标”的关键。以热障涂层为核心技术的低散热发动机为解决此问题提供了途径，但传统陶瓷基涂层力学性能不足，难以适应热载和机械载荷耦合的服役工况。本项目在国家自然科学基金等项目资助下，创新性提出金属基热障涂层的应用设计理论，开展了涂层材料体系设计、涂层工艺控制理论、涂层使役行为评价与调控方法等全链条研究工作，主要取得如下创新成果：
  1. 提出了金属基热障涂层的应用设计理论。突破了陶瓷材料作为热障涂层单一来源的传统思维，研发出以Fe基非晶合金、高熵合金为代表的系列候选涂层材料，从电子和声子微观本质上揭示了涂层隔热机制，获得了低热导率、高耐蚀抗磨和力学可靠的金属基热障涂层，为复杂服役工况下发动机的涂层设计提供了新思路。
  2. 阐明了金属基热障涂层的热致退化机理。揭示了亚稳态金属涂层在长周期热服役环境下的微结构演化动力学特征与涂层性能转变的映射关系，厘清了涂层隔热性能的退化机理，明确了涂层结构烧结在性能退化中的主导地位，丰富了该类涂层的相关基础理论。
  3. 构建了金属/陶瓷复合热障涂层材料体系。突破了金属和陶瓷粒子协调变形的控制难题，实现了兼具优异隔热和力学稳定性金属/陶瓷复合热障涂层的制备，发现了金属/陶瓷粒子界面层独特的纳米级非晶态结构具有显著的界面热阻效应，提出陶瓷粒子作为涂层刚性“结构缺陷”的新思路，有效抑制了复合涂层隔热性能的退化。
  研究成果被国内外同行广泛关注，对本领域发展起到了引领作用。授权国家发明专利12项，发表学术论文28篇，包括Acta Materialia、ACS Applied Materials & Interfaces、Surface & Coatings Technology等SCI收录论文20篇，他引500余次。