- Ei，ESCI收录期刊
- 中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
- 中文核心期刊
- 文摘与引文数据库(Scopus)
- 剑桥科学文摘(CSA)
冷喷涂技术凭借其固态沉积特性，在制备高质量金属涂层、高效高速损伤修复及增材制造领域展现出显著的优势及应用潜力。然而，该技术在喷涂高强度高温合金材料时，仍存在涂层孔隙率高、强度不足、无塑性等技术挑战。本文系统综述了冷喷涂高温合金的临界沉积条件及其影响因素，重点探讨了沉积态材料的显微组织特征及其与性能（尤其是拉伸性能）的关联，并总结了显微组织与性能优化的主要方法，比如喷后热处理、喷后热等静压、激光辅助冷喷涂、原位喷丸辅助冷喷涂沉积等。为拓展冷喷涂高温合金工程应用，今后需要极大改善高温合金粉末的变形条件及沉积窗口，降低工艺成本，并通过复合处理技术改善冷喷涂态高温合金涂层的性能，为推动其在航空航天修复领域的应用提供理论依据与技术指导。
采用聚合物聚苯并咪唑（PBI）喷嘴结合轴向中心送粉的改进工艺，对喷嘴堵塞行为及其对涂层沉积的作用规律进行研究，并利用X射线计算机断层扫描（X-CT）、光学显微镜及电子背散射衍射对涂层形貌和微观组织进行多尺度表征。结果表明：在现有工艺下，SiC喷嘴因铝粉软化粘连于内壁形成堵塞物，致使涂层表面出现粉末团聚现象，孔隙率为0.32%；而采用PBI喷嘴配合轴向中心送粉工艺，可显著降低颗粒黏附，形成均匀的气固两相流，实现连续稳定沉积，所制备涂层内部颗粒塑性变形明显，孔隙率降至0.16%。基于优化工艺开展铝金属增材制造实验，成功实现连续2 h无堵嘴喷涂，在铝合金基体上制备出38 mm厚的沉积体。X-CT检测显示，沉积体界面处和内部均无明显缺陷，其平面方向与法向方向的抗拉强度分别约为180 MPa和80 MPa，表现出显著的各向异性。
为解决铝合金过流器械表面的空蚀防护问题，采用原位微锻冷喷涂技术制备Ti6Al4V涂层。在喷涂过程中将大尺寸202不锈钢喷丸颗粒混入Ti6Al4V粉末中，促进Ti6Al4V粉末的塑性变形，形成致密的涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计、超声波空蚀试验机、三维轮廓仪研究冷喷涂工艺参数对Ti6Al4V涂层质量的影响，得出最佳工艺参数。结果表明：随着喷丸颗粒含量的增加，Ti6Al4V涂层的孔隙率降低。当喷丸含量为70%（体积分数）时，Ti6Al4V涂层组织致密，孔隙率仅为0.46%；涂层显微硬度逐渐提升，最高为394HV0.3，高于锻造Ti6Al4V合金硬度（370HV0.3）。空蚀实验表明，经2 h空蚀后，Ti6Al4V涂层的空蚀深度最低仅为4.742 µm，抗空蚀性能是Al基体（365.199 µm）的77倍。采用原位微锻冷喷涂制备的Ti6Al4V涂层致密、硬度高、颗粒间结合良好，可以有效抑制空蚀过程中裂纹的萌生、扩展导致的颗粒脱落，因此具有良好的抗空蚀性能。
航空发动机叶片与叶盘榫槽连接处经常采用CuNiIn合金作为抗微动磨损涂层。为了研究热处理工艺对涂层组织与性能的改善情况，采用冷喷涂技术在TC4合金上制备CuNiIn涂层，分析比较热处理温度和保温时间两种工艺参数对涂层微观组织、显微硬度、结合强度及微动磨损特性的影响。结果表明：热处理后涂层中的孔隙发生愈合，孔隙率从喷涂态的7.4%降低至0.8%（700 ℃），硬度分布更均匀。综合考虑涂层在500 ℃下保温3 h后性能较好，此时孔隙率为1.1%，结合强度为54 MPa，涂层硬度保持在131HV，涂层磨损率较低，磨损过程由喷涂态涂层的磨粒磨损为主转变为以黏着磨损为主的形式。
冷喷涂Zn-Al复合涂层可以为镁合金提供良好的耐腐蚀性。以AZ31B镁合金为基体进行Zn-Al复合涂层沉积，为进一步提高冷喷涂Zn-Al复合涂层的性能，对涂层进行200、250、300 ℃退火处理，并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计、电化学工作站和盐雾腐蚀实验对热处理前后的冷喷涂Zn-Al复合涂层进行组织形貌和性能分析。结果表明：在经过不同温度退火处理后，涂层未发生氧化和相变，并且退火处理涂层的组织更加致密，耐腐蚀性得到提高。随着退火温度的升高，涂层表现出退火硬化现象，当退火温度为250 ℃时，复合涂层最致密，孔隙率为0.3998%。电化学及盐雾实验表明，退火处理后的涂层形成致密腐蚀层，使涂层耐腐蚀性提高，退火温度为250 ℃时，涂层的耐腐蚀性最好。
钴基高温合金因其优异的抗热腐蚀性、抗热疲劳性能和焊接性能，在航空航天、能源动力和核工业等领域具有重要应用。然而，高温氧化会导致合金性能退化，成为限制其服役寿命的关键因素。本文综述了钴基高温合金的氧化性能研究进展，重点分析了氧化过程的不同阶段及其机理，探讨了合金元素和温度对氧化层形成及演变的影响，并分析了现有研究的不足与挑战。最后指出新型钴基高温合金成分设计与协同机制优化、氧化层调控与相转变控制以及开展动态环境下的氧化行为研究并结合智能方法加速材料优化是未来的重点研究方向。
碳纤维增强树脂基复合材料（carbon fiber reinforced polymer，CFRP）具有高比强度、高比模量和可设计性强等特点，在航空航天领域得到越来越广泛的应用。CFRP主要由碳纤维、树脂基体以及二者之间的过渡界面三部分构成，界面相作为其组成部分，对复合材料性能具有重大影响。由于碳纤维表面光滑且化学惰性高，再加上纤维与树脂的模量差异普遍较大，导致CFRP存在界面相容性难题，因此探寻合适的界面改性方法成为备受关注的研究热点。本文围绕CFRP的界面改性方法，首先介绍了常见的CFRP界面改性方法及其优缺点，然后综述了基于多尺度界面相构筑的复合材料界面改性方法，总结了不同种类多尺度界面相对复合材料界面的改性效果和作用机理，相比于常见的界面改性手段，基于多尺度界面相构筑的CFRP界面改性方法，在改变纤维表面物理化学性质的同时缓解了纤维与树脂之间较大的模量差异引起的应力集中，具有更好的改性效果和发展潜力。最后展望未来的研究方向：结合微纳米技术探索精确的界面法向表征方法，同时开发可控的界面微结构构筑工艺并探索出一套高效、低成本的多尺度界面构筑方法，最终实现基于多尺度界面相构筑的CFRP界面改性方法的实际工程化应用。
碳纤维增强聚合物基复合材料（carbon fiber reinforced polymer，CFRP）的界面特性对CFRP的理化性能有着重要影响，是复合材料技术领域的研究热点。受贻贝启发基于多巴胺化学的表面修饰方法是近年来新兴的一类表面界面调控手段，其在CFRP界面增强研究领域也得到应用，该方法具有简单、高效、环境友好、成本低等诸多优势，尤其是多巴胺辅助共沉积改性法具有巨大的应用潜力。本文重点介绍了多巴胺在CFRP改性方面的研究进展，其中包括对多巴胺改性碳纤维处理方式的分类讨论。最后指出多巴胺改性碳纤维聚合沉积机制仍需系统深入研究、聚合沉积速率及涂层形态结构控制因素需进一步明确是未来研究重点。
纤维吸收剂由于宽频吸波、轻质、耐腐蚀等优点，在隐身、电磁兼容领域具有广泛应用。本文从纤维吸收剂的作用机制、数值仿真方法、影响电性能的因素以及制备工艺等方面进行了论述。基于介电常数的介电损耗机制和基于阻抗的欧姆损耗机制都被用于解释该类材料的吸波机制，并得到理论和实验的验证，通过全波理论模拟可以较好地分析复杂结构和高体积浓度纤维吸收剂的电性能。纤维种类、含量、长度等参数对其电性能有较大影响，在制备工艺中选择合适的超声分散参数及分散剂尤其重要。未来可进一步研究纤维吸收剂中的电流与电场分布，明确纤维之间相互作用与耦合机制，在含量、长度等相同条件下对比纤维种类及电导率对电性能的影响，以及不同规格碳纤维之间的差异性，以期在宽频、高效、厚度等方面获得最优的性能。本综述对于设计宽频、高效吸波材料具有重要意义。
增材搅拌摩擦沉积（additive friction stir deposition， AFSD）具有沉积温度低、增材质量好、制造效率高等特点，在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了AFSD技术，深入剖析了AFSD对三类析出强化型铝合金组织和性能的影响规律及机理，并指出了制约高强铝合金构件AFSD制造的关键问题。AFSD在固相下进行沉积，克服了基于激光和电弧沉积的气孔和热裂纹缺陷。然而，在AFSD过程中，由于沉积金属的冷却速度较慢，敏感温度区间的停留时间较长，在增材时后续沉积层对前一层，甚至前几层均有热作用。因此，沉积样品中部与底部的晶内强化相粗大，使得沉积层中下部的强度急剧下降。沉积层顶部不受二次或多次热循环的影响，析出相分布均匀，力学性能较好，但仍低于基体材料。时效处理可使AFSD过程固溶的部分元素再次析出，性能轻微提升，但始终无法达到固溶+时效（T6）的水平。虽然沉积态经过T6处理后可再次形成均匀细小的强化相，使其强度重新达到峰值，但在固溶的同时，沉积材料将发生晶粒的异常长大（abnormal grain growth，AGG）问题，因此，通常不建议对AFSD沉积金属进行固溶处理。为了实现高强度析出强化铝合金构件的AFSD制造，未来还需要在合金化设计、复合强化、工艺创新等方面开展进一步的研究工作。
碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的界面结构对其复合材料的性能有重要影响，成为复合材料科学研究的关键内容。碳纤维表面处理研究是复合材料界面研究的重要组成部分，通过碳纤维表面物理化学结构的改变，赋予复合材料更好的界面性能。本文采用基于酸性介质的阳极氧化表面处理方法，以不同浓度的稀硫酸溶液作为电解液，在不同电流密度下对碳纤维表面进行官能团构筑，研究碳纤维表面官能团结构对复合材料界面的影响规律。结果表明：在碳纤维表面的各类含氧官能团中，羰基官能团（C O）对碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能起重要作用。阳极氧化处理中较低的电流密度有利于碳纤维表面生成更多的C O，硫酸浓度对C O的影响存在一个最佳值，并且调整硫酸浓度能够实现在碳纤维表面更加精准地构筑C O。电流密度为0.31 mA/cm2、硫酸浓度为0.3%（质量分数）时，碳纤维表面的C O含量达到最高值6.49%，与环氧树脂的界面剪切强度也达到最大值76.9 MPa，相比于未处理碳纤维提升了111.3%，体现强关联性。这是由于C O与环氧树脂中的基团发生色散作用增强了碳纤维与环氧树脂之间的结合能力。
基于内聚力模型和有限元分析，建立不同孔隙率下SiC/AZ91D复合材料的三维模型，结合应力集中系数法探究孔隙率对复合材料力学行为的影响并深究其失效机理。结果表明，孔隙率增加会导致复合材料各项力学性能下降，裂纹萌生和扩展时间随孔隙率增加而提前。在弹性形变阶段，基体承担主要载荷，孔隙率的变化对应力集中系数影响较小；进入塑性形变阶段后，载荷由基体逐渐传递至SiC颗粒，随孔隙率增加，基体传递至SiC颗粒的载荷减少，应力集中系数增长速率减缓。
本工作以氧化铝粉体为基体原料，选取两种常温相态（固相、液相）的有机氧化铝前驱体作为烧结助剂，采用固相烧结工艺开展研究。为探究前驱体对氧化铝陶瓷烧结温度的调控作用，以烧结温度、前驱体种类及添加含量为关键变量设置对照实验，通过对各组样品进行物理化学特性表征与力学性能测试，系统评估不同工艺条件下的样品性能。研究结果表明，固相与液相有机氧化铝前驱体均能显著促进氧化铝陶瓷烧结温度降低，且不同烧结温度下两种前驱体的最佳添加量存在差异。在 1200~1400 ℃区间内，两种前驱体的最优添加量一致，均为 6%；当烧结温度提升至1500 ℃时，固相前驱体的最佳添加量降至2%，而液相前驱体的最佳添加量则提高至10%。本工作为氧化铝陶瓷低温烧结工艺优化及参数选择提供了实验依据，对推动其高效制备具有参考价值。
阿莫西林（amoxicillin，AMX）化学稳定性好、生物降解性低，为解决其导致的水体污染难题，制备了中空结构Fe3O4@介孔TiO2（FT）光电催化材料，对阿莫西林废水进行了可见光光电催化降解研究。表征显示，FT为平均粒径400 nm的球形颗粒，具有典型介孔结构、锐钛矿型TiO₂晶相及良好磁响应性（饱和磁化强度24.90 emu·g-1），可通过外磁场高效分离，经超声处理后能均匀再分散。电化学测试结果表明，ITO+FT 电活性表面积达2.39±0.01 cm2，显著大于ITO与ITO+FST，且电荷转移电阻更低、光生电子-空穴分离效率更高。可见光下光电催化降解AMX实验显示，FT光电极60 min内降解率达88.1%，100 min 提升至98.3%；经8次循环后，降解率仍保持89%以上，稳定性优异。活性物种捕获实验证实·OH和h⁺为反应关键活性物种，结合FT中空结构的限域催化作用，提出其光电催化降解机理。该研究在破坏AMX分子结构方面展现出良好的可行性，因此可作为处理AMX废水的一种有效预处理方法，为AMX废水高效预处理提供了新型可循环光电催化材料与技术方案。
采用传统固相法制备钛酸锶基钙钛矿结构高熵陶瓷（Ca0.25Sr0.25Ba0.25Pb0.25） （Zr x Ti1- x ）O3，研究构型熵以及退火热处理工艺对陶瓷相组成、微观结构和热导率的影响。结果表明：在熵工程以及热处理工艺的共同影响下，陶瓷孔隙率提升，具有低热导率的PbO纳米第二相析出且晶粒平均尺寸减小，热导率大幅下降。高熵组分引入的结构无序性，有效提升了陶瓷热导率的稳定性，并使其表现出类玻璃的热输运特性。当x=0.20时，陶瓷具有最佳的隔热性能及热导率稳定性，即κ 800 ℃=0.89 W·m-1·K-1，且Δκ 100-800 ℃=0.07 W·m-1·K-1，为高温隔热应用提供了备选材料。
热挤压工艺是锆合金管、棒和型材生产的主要加工工艺。但锆合金在热挤压工艺下易与模具发生粘连，难以润滑，使得加工精度和模具寿命都受到极大影响。为解决锆合金热挤压润滑问题，本研究基于PVA改性后的硅酸盐涂层，在其中加入低熔点硼酸盐玻璃和二维层状润滑材料（MoS2、石墨等），获得一种包覆完整、高温减摩耐磨性能较好的固体润滑涂层。结果表明，PVA改性后润滑剂浆料与锆合金表面接触角从64°降低到43°，有利于润滑剂在锆合金表面铺展。固化后的润滑涂层显微硬度从92HV0.1升高至149HV0.1，脱落率从42.5%降低至9.1%。涂层内PVA与硅酸盐形成的C—O—Si键在石墨与MoS2表面形成无机硅网络结构，能够提高二维润滑材料的抗氧化性，实现700 ℃下的有效润滑。该硅酸盐涂层具有良好的高温润滑性能、热防护性能和易去除性，有望应用于锆、钛、铪等难加工金属材料的热挤压润滑。
将硫化铜纳米粒子引入基于Diels-Alder（DA）键和双硫键的热可逆聚氨酯中，成功得到具有热、近红外光、微波、太阳光和紫外光（UV）五重刺激响应的自修复聚氨酯。当硫化铜添加量为0.3%（质量分数）时，改性聚氨酯的综合力学性能和自修复性能达到最优。改性聚氨酯在出现裂纹、裂缝等损伤后，通过在120 ℃处理6 min或在4 W/m2波长为808 nm近红外光照射60 s或经250 W微波作用80 s，随后分别于60 ℃处理12 h便可实现损伤的多次良好修复。此外，损伤试样经模拟太阳光或UV照射6 h后，也能实现多次自修复。结果表明：近红外光响应修复速度更快、修复时间最短、修复效率最高。自修复是通过热可逆DA反应、双硫键交换、氢键的解离和再生、CuS纳米粒子的定向迁移以及分子链的热运动五种作用协同实现。上述研究结果对于开发具有高效多重响应自修复材料具有重要的指导意义，为材料在不同使用环境下的损伤修复提供了多种理想选择。
为了降低铁镍系软磁合金材料的居里温度以改善其在烟具发热领域的温度适用性，本工作利用粉末冶金方法制备铁镍合金软磁材料，将不同成分的合金粉末经球磨混料后压制成型，并在1380 ℃和1400 ℃温度下进行真空烧结。采用X射线衍射仪（XRD）、电子探针显微分析仪、软磁直流B-H仪及PPMS等表征技术分析了Cr添加对FeNi合金组织性能的影响。结果表明：1400 ℃的烧结温度下制得的样品组织均匀致密，综合导磁性及导电性能更好。软磁材料磁性能和成分密切相关，Cr元素的加入使得铁镍合金致密度以及硬度均得到提高，也使得铁镍合金的电阻率升高，同时磁导率减小，居里温度明显降低。
采用相图计算（calculation of phase diagrams， CALPHAD）耦合第一性原理计算对Al-C-X（X=Mo，Nb，Ta，V）体系进行了热力学研究。Al-C-Mo、Al-C-Nb和Al-C-V体系都只存在一个三元热力学稳定相，分别是Mo3Al2C、Nb2AlC和V2AlC。Al-C-Ta体系中的三元化合物为Ta5Al3C和Ta2AlC。通过第一性原理计算得到了这些化合物的生成焓，采用线性化合物模型描述其吉布斯自由能，最终由CALPHAD方法得到了一系列自洽的热力学参数。研究表明：优化得到的等温截面图和热力学数据与实验和计算结果均十分吻合。Al-C-X（X=Mo，Nb，Ta，V）体系的热力学参数能够帮助建立起析出强化黏结相的硬质合金数据库，指导设计具有优异性能的新型材料。
为了从尺寸、形状、分布等多角度对晶粒形貌进行综合定量表征，进而实现晶粒形貌均匀性的定量超声评价，提出1种面向晶粒形貌多参数的超声多参数评价方法。以GH738晶粒形貌为表征对象，以晶粒为测量单元提取10个定量参数提取；面向视场图片为测量单元提取8个定量参数。建立皮尔森系数相关性筛选准则，选取7个金相定量参数，再基于径向布局可视化星坐标法降维为 、 两个参数。通过超声检测、提取声速、衰减系数等6个超声特征参数，根据试样对应关系建立晶粒形貌二维综合表征参数-超声多特征参数样本库。分别基于MLR、RFR和PSO-SVM算法构建晶粒形貌二维表征-超声多参数评价模型，并进行验证测试，结果表明：降维可视化可以实现晶粒形貌的多维综合表征，基于MLR的晶粒形貌综合表征超声评价模型可实现两个参数的高精度评价。
根据Zn、Mg、Cu在铝中的最大固溶度及沉淀强化相设计了Al-12Zn-2Mg-0.5Cu-0.3Sc超高强铝合金。对热轧开坯后的合金进行了冷轧以及后续热处理，探究高固溶度铝合金的最佳热处理工艺，以期获得良好的拉伸性能。利用OM、XRD、SEM观察分析合金的组织，利用万能拉伸试验机测试合金的室温拉伸性能。结果表明，冷轧后的合金经过470 ℃/1 h固溶处理后的组织为具有沿轧制方向拉长晶粒的不完全再结晶组织，对应的抗拉强度为599 MPa，伸长率达到15.4%；经过120 ℃/30 h时效处理后，组织中析出细小的η（MgZn2）和T（AlZnMgCu）强化相使合金的性能进一步提高，合金的抗拉强度达到736 MPa，伸长率达到10.6%。
为促进高强铝合金在航空领域的进一步推广应用，开展4 mm厚7050-T7451铝合金激光-熔化极惰性气体保护复合焊接研究。结果表明：焊接参数合理匹配能够获得成形饱满的焊缝，而较高焊接速度施焊极易产生焊接裂纹，只有当焊接速度控制在0.9 m/min及以下、焊缝背宽比控制在0.4以上，才能有效抑制裂纹和气孔缺陷；焊缝区主要为尺寸差异较大的等轴晶组织，在熔合区附近存在宽度约为20~50 μm的细晶层组织，仅在靠近细晶层的局部，生成极少量的柱状晶组织；热影响区未发生相变和再结晶；焊态接头平均抗拉强度约为377 MPa，达到母材的73%，远高于激光自熔焊接接头的拉伸性能。
为研究1070A和6063铝合金在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为及差异，通过室内循环盐雾实验模拟1070A和6063铝合金在海洋大气环境中的腐蚀过程。利用超景深显微镜、X射线衍射仪分别观察分析了1070A与6063铝合金的腐蚀形貌、点蚀缺陷参数及腐蚀产物的演变，通过腐蚀动力学手段分析了2种铝合金的腐蚀失重变化，并采用电化学阻抗与极化曲线分析了2种铝合金腐蚀行为的差异。实验结果表明，1070A与6063铝合金在模拟海洋大气环境中的主要腐蚀形式为点蚀，随着腐蚀时间的延长，平均点蚀坑深、最大点蚀坑深与点蚀密度逐渐增大。1070A与6063铝合金在腐蚀实验初期具有相似的腐蚀行为，然而6063铝合金在腐蚀后期点蚀坑深与点蚀密度值成倍增大，这是由于1070A试样表面生成了更加稳定、耐蚀性较好的腐蚀产物层，腐蚀进展缓慢，而6063铝合金表面腐蚀层在腐蚀后期再次开裂，导致6063铝合金的腐蚀程度严重加剧。1070A与6063铝合金的腐蚀失重与腐蚀时间均呈幂指数关系。结合电化学阻抗谱与极化曲线的分析，证实了6063铝合金在模拟海洋大气环境中更易发生腐蚀，相比1070A铝具有更高的腐蚀程度。
为探究衬底粗糙度、晶体类型与热膨胀系数（CTE）等因素对电镀铜膜应力的影响，选用4种不同类型衬底进行实验：蓝宝石衬底光滑面、蓝宝石衬底粗糙面、非晶烧结氧化铝衬底、纯铜衬底。在衬底表面电镀铜薄膜并进行退火处理，退火前后测量晶圆翘曲，计算应力，借助背向散射电子衍射技术（EBSD）研究了铜薄膜的微观结构的转变。实验结果表明：经过退火，铜膜应力由压应力转变为拉应力，退火后，铜膜应力按烧结氧化铝衬底、光滑蓝宝石衬底、粗糙蓝宝石衬底、纯铜衬底依次减小；同时退火导致晶粒明显生长。分析得出退火后铜膜应力有CTE不匹配和铜膜体积收缩两个来源，选择粗糙单晶衬底且CTE接近铜可使铜膜应力减小。实验结果对电镀应力的研究与电镀衬底的选择有参考意义。
为探究V型缺口半径对TA15钛合金力学性能的影响规律和机理，对光滑试样和不同V型缺口半径的试样进行了拉伸、持久蠕变、疲劳测试以及断口分析，并利用有限元建模分析了缺口处应力应变场的分布，研究了应力-应变场与TA15钛合金缺口强度、持久寿命、疲劳寿命以及断裂行为的相关性。结果表明，静态载荷加载时，随着缺口半径由0.85 mm减小至0.15 mm，TA15抗拉强度和持久寿命增加，断口剪切塑性区占比减少，经有限元分析发现TA15缺口附近的应力三轴度从缺口根部向内延伸呈现先增大后减小趋势，断裂起源于应力三轴度峰值位置（缺口处近表面），在长时持久蠕变过程中，缺口附近应力发生再分布促使缺口呈现强化效应；而对于动态载荷加载，缺口试样断裂呈多源形核启裂，由于缺口的应力集中程度和应力梯度不同造成的疲劳损伤程度不同，随着缺口半径减小，临界疲劳损伤区域尺寸降低，有效应力增加，导致疲劳寿命降低，裂纹扩展区占比相应减小。
奥氏体还原热处理是提升300M钢力学性能的有效手段，但当前对其在热处理过程中的奥氏体相变机理仍缺乏清晰认知。本研究采用原位EBSD技术，系统观察了300M钢在高温奥氏体还原过程中的微观组织演变，并进行了晶体学分析。研究表明，在奥氏体化温度以上等温过程中，马氏体可分别还原形成具有原始马氏体取向的针状奥氏体（γ（A））和随机取向的球状奥氏体（γ（G））两种形态。其中，γ（A）在晶粒内优先形核长大，其与周围的马氏体块具有接近Kurdjumov-Sachs（K-S）取向关系，因此绝大多数γ（A）具有与初始奥氏体相相同的取向和尺寸，不利于最终的组织细化。γ（G）的晶粒尺寸较小，在原始奥氏体的晶界和新转变的γ（A）晶内形核长大，其中晶内γ（G）与周围未发生转变的马氏体因脱离K-S取向约束而呈现取向随机特征，显著促进组织细化。研究还发现，加热温度和时间均会影响奥氏体还原的程度，该发现为优化300M钢热处理工艺参数提供了重要理论依据。
热障涂层的服役性能和使用寿命与黏结层合金的相组成和结构息息相关，而黏结层合金的成分直接决定了其相组成。先利用Thermo-Calc软件分析了基础元素Co、Al和改性元素Zr含量对各平衡相析出行为的影响规律，随后采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜等重点研究了Zr含量对NiCoCrAlY黏结层合金的相组成及富Zr相分布特征的影响。热力学计算结果表明，当Co含量为10%（质量分数，下同）时，合金开始析出σ-CoCr相，随着Co含量从10%增加到16%，σ-CoCr相的最大析出量的摩尔分数由0.055增加到0.229，且Co含量高于14%时该相能在涂层高温服役区间稳定存在。当Al含量为8%~10%时，γ-Ni相优先于β-NiAl相从合金液相中析出，而Al含量为12%~16%时，则反之；随着Al含量由8%增加到16%，凝固区间由75 ℃明显扩大到171 ℃，且β-NiAl相析出量不断增加。当改性元素Zr的含量由0.15%增加到1.0%，固相线温度的变化最为显著，由1264 ℃降低至1136 ℃，凝固区间由151 ℃增大到275 ℃。基于热力学计算设计的黏结层合金在非平衡条件下室温相组成以β-NiAl和γ'-Ni3Al为基体，基体上分布着少量α-Cr相，同时γ'-Ni3Al相周围分布着Ni5Y相。在含0.5%和1.0%Zr的合金中H_L21相析出位置存在差异，前者富Zr相主要在β-NiAl/γ'-Ni3Al两相界面上析出，后者除了分布于相界面外，还在β-NiAl基体相上析出。
为提高发动机高温部件的服役温度，寻找替代YSZ的耐高温、高隔热热障涂层材料，基于多元稀土掺杂改性策略，结合稀土锆酸盐的物相结构形成规律、尺寸无序性以及导热理论设计高熵稀土锆酸盐陶瓷材料，采用固相合成法对稀土锆酸盐进行A位高熵化，制备（Sm0.2Gd0.2Eu0.2Lu0.2Dy0.2）2Zr2O7高熵陶瓷材料，对高熵陶瓷材料的微观形貌、组织成分、相稳定及热物理性能进行研究。结果表明：（Sm0.2Gd0.2Eu0.2Lu0.2Dy0.2）2Zr2O7陶瓷材料具有缺陷萤石结构，陶瓷材料结构致密，无明显缺陷，且合成后的陶瓷材料构型熵显示其属于高熵体系；经过1400 ℃热处理后，（Sm0.2Gd0.2Eu0.2Lu0.2Dy0.2）2Zr2O7陶瓷材料晶粒未出现明显长大，未析出单一氧化物相，具有良好的高温稳定性；在1000 ℃和1200 ℃时，（Sm0.2Gd0.2Eu0.2Lu0.2Dy0.2）2Zr2O7陶瓷材料的热导率分别是1.781 W·m-1·K-1和2.056 W·m-1·K-1，相较于常规稀土锆酸盐和YSZ材料，具有更低的热导率，是一种有潜力的超高温热障涂层材料。
