机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面, 约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗, 降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法, 能够使涂层与基体实现良好的冶金结合, 以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能, 如硬度、塑性和韧性; 熔覆过程中产生的缺陷, 如表面粗糙不平、气孔和裂纹; 摩擦工况, 如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先, 阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响; 其次, 概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响; 最后, 对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析, 并对未来的发展趋势进行了展望, 如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。

热障涂层(TBC)材料是为航空发动机及燃气轮机提供热防护，延长其使用寿命的一种重要材料。近年对新型热障涂层材料的探索中出现各类高熵稀土氧化物，以期通过热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变效应以及性能上的“鸡尾酒”效应获得优于单主元稀土氧化物的热学、力学、高温相稳定性及抗烧结腐蚀等性能。本文总结归纳了高熵稀土锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐及铌酸盐等五种高熵稀土氧化物的热学性质、力学性质及其他性质，着重强调了热导率和热膨胀系数，同时与相应单组分稀土氧化物的性能进行对比分析，探究影响其性能优劣的多种因素。最后指出未来或可将实验与第一性原理计算相结合，筛选出综合性能更加优异的高熵陶瓷热障涂层材料；同时，将高熵延伸至复杂组分或中熵陶瓷热障涂层材料也成为重要的拓展方向。

摩擦磨损大多数情况下不利于机械设备, 我国作为机械制造大国, 降低摩擦磨损对工业进步及可持续发展有重大意义。陶瓷基高温自润滑复合涂层作为工业应用中常见体系之一, 主要以硬质陶瓷为基体, 并掺杂润滑材料作为第二相组成, 使其一方面继承陶瓷相优异的高温稳定性及强度, 另一方面提高在常见摩擦环境下的润滑性能, 因此被广泛应用于船舶、航空航天、生物科技、高速列车等领域, 受到研究人员的广泛关注与探索。本文以陶瓷基高温自润滑复合涂层为中心, 首先阐述复合涂层及固体润滑材料的基本分类; 其次综述不同制备方法的最新研究进展, 重点关注工艺参数对制备陶瓷基高温自润滑涂层性能的影响及改善方法; 然后归纳改善陶瓷基高温自润滑复合涂层表面摩擦学性能的关键因素, 探讨了提升减摩耐磨性能的可行性和研究潜力; 最后总结目前陶瓷基高温自润滑复合涂层存在的问题, 主要有以下2点: (1)对复合涂层的物相分析仍以解释现象为主, 没有完整的理论基础; (2)对不同制备工艺下复合涂层结构和摩擦学性能的改善手段较单一。因此提出相应的解决办法以及未来可能的发展方向: (1) 研究陶瓷基体和不同润滑相、附加组元、高温环境的协同作用机理, 建立系统的理论基础; (2)针对不同制备工艺的成型机理, 重点研究工艺参数的协同作用对复合涂层微观结构形成的影响, 扩展制备工艺的改善方法。

采用电爆喷涂技术在TC4钛合金表面制备FeCoCrNiAl_x（x=0, 0.5, 1.0, 摩尔比, 下同）涂层。使用XRD, SEM, EDS, 显微硬度计以及摩擦磨损实验等材料分析手段, 研究Al含量对高熵合金涂层物相结构、表面形貌、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明：涂层的晶粒尺寸为纳米级, 均形成了简单的FCC, BCC及FCC+BCC结构固溶体。随Al元素的增加, 物相结构由FCC相逐渐向BCC相转变。涂层表面平整、致密, 没有明显的裂纹等缺陷, 且各元素分布均匀, 并没有发现元素偏聚现象。划痕测试表明, FeCoCrNiAl_1.0涂层出现失效的平均临界载荷为37.2 N；涂层与基体呈冶金结合。涂层的硬度和耐磨性与Al含量呈正相关关系, x=1.0时, 平均显微硬度达到最大值531.8HV, 约为基体的1.62倍；FeCoCrNiAl_1.0涂层的磨损量最小, 耐磨性约为基体的3.9倍, 磨损机制主要为磨粒磨损。

C_f/SiC复合材料因其低密度，高比强度，优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率，被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而，由于碳纤维在500 ℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效，因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现C_f/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对C_f/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求，综述了现有C_f/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展，着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升C_f/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800 ℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题，制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。

采用激光熔覆技术在TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究涂层的成形质量、微观组织、物相组成、硬度和摩擦学性能。结果表明: 涂层主要由β-Ti, Co₃Ti, CrTi₄和TiC等物相组成, 涂层与基体形成了良好的冶金结合。涂层结合区组织是平面晶和柱状晶, 中部组织是树枝晶, 顶部组织是等轴晶。涂层各微区的碳化钛形貌有显著差别, 其中顶部和中部区域碳化钛为粗大的树枝状和花瓣状, 而结合区为针状和近球状。涂层显微硬度最大值为715HV, 约是TA15显微硬度(330HV)的2.1倍; 同等条件下涂层磨损量为30.14 mg, 约为TA15磨损量98.11 mg的30.7%。涂层与基体的磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损模式, 但涂层的磨损程度较轻。

高熵合金涂层在提高不锈钢基材的耐磨性方面具有巨大的潜力。为探究Cu/Si两种元素掺杂对FeCoCrNi高熵合金涂层组织及高温摩擦学性能的影响, 采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出FeCoCrNiCu_x和FeCoCrNiSi_x系列高熵合金涂层。采用XRD, SEM, EDS等手段表征了涂层的微观组织及物相分布, 通过高温摩擦磨损试验机测试了涂层的高温摩擦学性能。结果表明: 在合适的激光熔覆工艺参数下, FeCoCrNiCu_x和FeCoCrNiSi_x高熵合金涂层均形成了单一的FCC型固溶体, 与基体呈良好的冶金结合; Cu元素的加入降低了FeCoCrNi涂层表面硬度, 但由于涂层热导率提高, 界面结合情况改善; Si元素的加入促进了晶粒细化, 提高了涂层表面硬度; 在600 ℃下, Cu/Si元素的加入对涂层的摩擦学性能均有明显改善, 其中FeCoCrNiCu及FeCoCrNiSi涂层的摩擦因数分别为0.24和0.19, 磨损率分别为1.58×10^-4 mm³·N^-1·m^-1和6.77×10^-5 mm³·N^-1·m^-1, 相比于FeCoCrNi涂层分别降低了56.1%和81.9%。FeCoCrNiCu涂层主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损及轻微磨粒磨损, 而FeCoCrNiSi涂层为氧化磨损。

随着近现代科技的发展, 高速飞行器对生存能力需求不断提高, 其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露。传统吸波材料普遍不能应用于高温环境, 为了能够隐藏高速飞行器的高温部件, 吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视, 耐高温吸波陶瓷材料可以实现上述背景下的应用。为提供分析和改善陶瓷吸波材料高温程度有限和吸收带宽较窄问题的依据, 对引入温度影响后, 耐高温吸波陶瓷材料的吸波机理进行了阐述。耐高温吸波陶瓷材料与涂层可以分为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和聚合物转化陶瓷。本文在此分类的基础上, 对陶瓷吸波材料和涂层损耗电磁波机理及其高温条件下的吸波性能进行了归纳总结, 并指出未来耐高温吸波陶瓷材料应改善现有材料耐高温程度不足以及有效吸收带宽较窄的问题, 进而加强其在高温条件下的服役能力。

植入物感染是骨科最常见和最严重的并发症之一，也是导致植入手术失败的重要原因。当细菌在植入物表面形成生物膜后会极难消除，并吸附更多的细菌和真菌。大量研究表明，通过采用表面改性技术可有效减少致病菌的黏附和聚积，进而预防植入物周围感染。本文首先分析了细菌生物膜在骨科植入物表面的形成过程以及金属抗菌剂的抗菌机制。然后综述了目前国内外使用最广泛的一些金属基无机抗菌涂层及其相关的制备工艺，讨论了这些涂层在应用中存在的问题和改善方法，并展望了未来无机抗菌涂层的发展方向，包括协同抗菌型涂层和促成骨型抗菌涂层等。

SiC纤维作为陶瓷基复合材料(CMC)的常见增强体之一, 具有较低的密度、较高的拉伸强度以及优良的耐高温和耐氧化性能。在SiC纤维表面制备涂层, 不仅可提升纤维本身的力学性能、耐高温性能、抗氧化性能以及电磁功能特性, 而且还可有效改善纤维与基体界面的结合性能, 提高复合材料的断裂韧性与力学性能。本文首先对SiC纤维表面涂层的制备方法进行了综述, 阐述了刻蚀法、沉积法、化学气相渗透法以及先驱体转化法等方法的基本过程及相关研究进展, 并对比了不同制备方法的优缺点, 然后综述了涂层对SiC纤维及其增强的复合材料的影响, 最后对SiC纤维上制备涂层的发展趋势进行了总结归纳, 可以采用实验研究与计算仿真相结合的手段来模拟SiC纤维涂层的真实服役环境, 并可以通过制备热障复合涂层来提高纤维在极端服役条件下的使用性能。

采用减压吸附和层层自组装技术在介孔二氧化硅纳米颗粒（mesoporous silica nanoparticles，MSN）上同时负载8-羟基喹啉（8-hydroxyquinoline，8-HQ）和苯并三氮唑（1H-benzotriazole，BTA），制备缓蚀剂复合纳米容器（MSN-QB），并将其添加至环氧涂层中从而获得新的涂层（MQB）。利用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外光谱、Zeta电位测试、热重分析等研究缓蚀剂负载前后纳米容器结构的变化和缓蚀剂的刺激响应释放行为，并通过电化学测试和盐雾实验研究层层自组装方式对涂层防护性能的提升。结果表明：MSN-QB中8-HQ和BTA的负载量分别为6.8%（质量分数，下同）和7.1%。MSN-QB具有pH响应特性，8-HQ和BTA在中性条件下释放均受到抑制，在碱性（pH=10）和酸性（pH=4）条件下均可释放，碱性条件下的释放速率更高。MQB涂层具有最佳的耐蚀性能，在3.5% NaCl溶液中浸泡20天后，MQB涂层的低频阻抗值（2.0×10⁹ Ω·cm²）最大，是缓蚀剂单独负载并添加到涂层中的两倍以上。

铁基非晶合金涂层以其较高的强度和硬度、出色的耐磨防腐性能等优势成为表面工程领域的研究热点之一。本文综述了铁基非晶合金涂层的制备、性能以及应用现状，归纳了非晶合金材料设计主要的原则规律以及典型铁基非晶合金涂层材料体系。重点讨论了热喷涂、冷喷涂、激光熔覆3种涂层制备技术，梳理了铁基非晶合金涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能方面的研究进展，同时围绕军事、医疗、工业等领域简述了铁基非晶合金涂层的应用情况。最后指出深入研究非晶形成、建立专用材料体系的同时与工作环境进行匹配、采用后处理或更高效的制备方式等是本领域未来研究工作的发展趋势。

采用自制的固相烧结BSAS粉体，利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。结果表明：喷涂态BSAS涂层主要由单斜结构BAS相和非晶相组成；经过1100 ℃热处理后，涂层内部非晶相转变为六方结构BAS相；1200 ℃热处理后六方结构BAS相逐渐向单斜结构BAS相转变，在1300 ℃热处理后单斜结构BAS相的含量达到最大；随着热处理温度的进一步上升，出现鳞石英结构的SiO₂相和高钡含量的Ba₃SiO₅相以及副钡长石结构BAS相，1400 ℃热处理过程中发现硅液滴渗出的现象。

术后感染是临床上常见且最具挑战性的问题之一，开发新型抗菌涂层是解决该问题的有效策略，具有重要的科学及社会意义。在3D打印多孔钛骨支架表面制备了具有抗菌功能的生物活性涂层，研究发现，银（Ag）以单质的形式存在于介孔生物玻璃（MBG）涂层之中，随着Ag含量的增加（0%，0.5%，1%，1.5%，摩尔分数），介孔涂层的比表面积从377.6 m²/g下降到363.35 m²/g。体外矿化结果表明，随着Ag含量的增加，磷灰石诱导能力略微下降。抗菌实验表明，银的添加显著提高了支架的抗菌性能。添加少量的银（0.5%）即可达到100%的抗菌率。支架与MC3T3-E1细胞共培养的实验结果表明，Ag掺杂的MBG涂层具有良好细胞相容性，且添加少量银能促进MC3T3-E1细胞增殖。使用一种简单的浸渍提拉法将掺Ag的MBG涂层应用于具有复杂的多孔结构3D打印钛支架上，使得支架的矿化性能、杀菌性能以及细胞相容性显著提高。本研究为进一步开发多功能骨植入支架提供了新思路。

随着航空发动机涡轮前进口燃气温度的不断提升，传统的热障涂层难以有效阻隔高温燃气产生的近红外光波段热辐射，热辐射传热可透过涂层直接加热下层金属基体，损害热端部件服役寿命。本文结合作者的实验结果，综述了新型兼顾辐射抑制能力的热障涂层材料设计和结构设计，对比了传统热障涂层的近红外光学特性，深入探讨了目前用来提高涂层抑制辐射传热能力的方法。重点针对传统热障涂层YSZ在短波红外波段不能有效阻隔红外辐射热传播的问题，对提高涂层的红外反射率或红外吸收率这两类降低热障涂层红外透过率的基本途径进行了分析，并对提高涂层红外反射率和吸收率的调控手段、影响因素、内在机理及优缺点进行了系统总结。最后指出新型辐射抑制涂层在材料和结构设计以及高性能计算辅助等方面的未来发展趋势和突破方向。

管内多孔涂层是增强传热性能和提高换热效率的有效途径。采用电爆喷涂制备管内多孔涂层，研究0.5 mm铜丝在不同初始电压下涂层的表面形貌、粗糙度和孔隙分布，并通过沉积能量和爆炸产物讨论微结构涂层的形成机理。结果表明：改变初始电压可以得到不同微观形貌的涂层。初始电压为14.0 kV时，得到最优多孔涂层，形成由小颗粒堆积而成的多孔结构，其表面积是未喷涂涂层管的4.47倍，孔隙率高达57.8%；15.2 kV时，由小熔池凝固后形成均匀的圆形多孔涂层，孔隙率为40.3%。涂层的形成主要取决于不同电压下爆炸时铜丝沉积的能量，它作为喷涂粒子的热动条件，决定了喷涂粒子的能量和粒径大小，不同状态的喷涂粒子与基管表面碰撞后或颗粒堆积或形成熔池，最终导致涂层微观形貌的差异。

传统的超疏水表面的制备过程比较复杂，机械稳定性差，这严重制约了超疏水表面的实际应用。采用“黏合剂+纳米粒子”的方法，在镁合金表面制备一种无氟、持久稳定的超疏水环氧复合涂层。接触角测试结果表明，复合涂层的接触角最高可达160.2°，且在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡30天后，接触角仍然高达103°；EIS结果表明，在5个加速老化循环周期后，复合涂层的|Z|_{0.01 Hz}仍高于10⁹ Ω·cm²，展现出优异的耐盐雾性能和耐蚀性能；摩擦磨损实验结果显示，在19.6 N的载荷下机械摩擦8 h后，复合涂层的|Z|_{0.01 Hz}高达1.84×10⁹ Ω·cm²。通过“空气垫”的屏障作用，复合涂层能够为镁合金提供高效且持久的腐蚀防护，“黏合剂+纳米粒子”策略为超疏水涂层的制备提供了新的思路。

TiAlN基涂层具有良好的力学和抗氧化性能，因此，在典型的机械部件，如航空发动机压气机叶片、切削刀具和精密模具等表面防护领域得到广泛应用。然而，随着机械部件性能要求的不断提升，涂层的服役条件愈加苛刻，防护涂层的可靠性和服役寿命受到更为严峻的挑战。在TiAlN涂层中添加前过渡族元素以提高涂层的综合性能是有效提高涂层防护效果、延长涂层使用寿命的重点研究方向之一，而元素的选取和成分的确定对涂层的结构优化和性能提升至关重要。本工作从TiAlN涂层材料出发，结合相图详细论述前过渡族元素X（X=V，Cr，Y，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，W）的添加对TiAlN涂层结构和性能的影响，进而探讨TiAlXN涂层的成分-结构-性能关系。针对在TiAlN涂层中添加前过渡族元素面临的缺乏相图计算辅助、四元涂层在极端环境下的失效行为、涂层制备设备成本较高等问题，提出结合相场模拟开发TiAlXN体系四元相图、发展TiAlN基高熵涂层以及结合气相沉积技术的优势大力发展涂层制备技术等展望。

随着航空航天领域的不断发展, 金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能, 可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来, 聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点, 得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开, 简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后, 重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域, 包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后, 指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题, 并对其发展方向进行了展望, 例如通过在硅基前驱体中引入Hf, Zr, Ta等超高温元素, 提高陶瓷涂层的耐温等级, 以及发展高效的陶瓷化新技术, 从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。

采用化学气相渗透(CVI)工艺在两种国产典型SiC纤维表面沉积了BN和BN/SiC涂层，并对涂层的成分进行分析。利用Weibull分布评价SiC纤维的单丝拉伸强度，研究了沉积涂层前后纤维的拉伸断裂失效行为。结果表明，合适厚度(15 nm)的富碳层能够弥合SiC纤维表面的缺陷，减少纤维从表面开始失效的可能。采用CVI工艺制备的涂层厚度均匀，成分稳定；沉积BN和BN/SiC涂层后，两种SiC纤维的拉伸强度和弹性模量下降。BN涂层亦可修复纤维的表面缺陷，使纤维强度分布趋于集中。与无涂层纤维不同的是，沉积涂层后纤维拉伸断裂失效源分别为BN和SiC涂层的表面缺陷。

通过化学气相渗透(CVI)工艺在典型国产SiC纤维表面沉积BN涂层, 并在800~1200 ℃的氧化环境下处理1 h。对涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的形貌、结构以及成分进行表征, 通过单丝拉伸强度评价涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的性能变化。结果表明, 氧化温度低于1000 ℃时, BN涂层及其氧化物层能够有效阻止O₂对内部SiC纤维的侵蚀, 高于此温度时, SiC纤维被氧化。随着氧化温度的升高, 涂覆BN涂层的SiC纤维表面氧化物经历α-B₂O₃→SiC_xO_y→非晶SiO₂的历程。涂覆BN涂层的SiC纤维单丝拉伸强度随着温度的升高呈衰减趋势, 且BN涂层直接暴露在氧化环境下反而降低SiC纤维的抗氧化能力。纤维断裂的失效源先由BN涂层缺陷过渡为B₂O₃氧化层缺陷最终演变为SiO₂氧化层气孔缺陷。

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金（high-entropy alloy, HEA）作为电极, 使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明, AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主, 电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成, 表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平, 为喷溅花样展开, 涂层截面结构无宏观缺陷, 厚度约为59.67 μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV_0.2, 比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大, 涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时, 磨损率为1.213×10^-3 mm³/（N·m）, 摩擦因数仅为0.446, 涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites, SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H₂O和O₂)对SiC-CMC的腐蚀, 需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings, EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中, 其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标, 但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素, 包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限, 以及Si黏结层的制备工艺等, 获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中, 基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位, 其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa, 它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似, 均低于同样工艺制备的莫来石或Yb₂Si₂O₇涂层。

陶瓷基复合材料凭借耐高温、低密度、高温力学性能优异等特性，成为高性能航空发动机热端部件的理想材料。然而，在发动机服役环境下，陶瓷基复合材料面临严重的水汽腐蚀问题，必须在其表面涂覆环境障涂层以延长使用寿命。稀土硅酸盐因具有与基体适配的热膨胀系数、优异的抗水氧腐蚀性能和高温稳定性，是新一代环境障涂层的主要候选材料。本文综述了稀土硅酸盐的特性、制备技术与典型服役性能，重点讨论了稀土硅酸盐分类、热/物理特性以及高温腐蚀过程中的损伤机制和失效机理。最后，提出了多组元稀土硅酸盐高熵化设计以及新型热/环境障涂层体系设计的研究方向，以期为稀土硅酸盐材料的进一步应用提供有益参考。

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用, 使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层, 并结合XRD、SEM和EDS等分析方法, 探究其在室温和600 ℃下的摩擦学行为及800 ℃下的抗氧化性能。结果表明：制备的涂层硬度相对基体有所提高, 约为基体的1.3~1.4倍。另外, 涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试, 当TiN添加量为4%（质量分数, 下同）时, 涂层的减摩性能最好；而添加量为6%时, 涂层的耐磨性最好, 磨损率最大可降低90.02%。此外, 氧化实验表明：Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能, 氧化速率为8.7634 mg²·cm^-4·h^-1, 与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时, 能够大幅降低高温下的磨损率, 且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知, 在600 ℃下各涂层均发生氧化磨损, 其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。

随着我国制造业的快速发展与难加工材料的接连涌现，迫切需要切削技术不断更新迭代，而切削刀具的发展成为提升加工效率的关键因素。近年来，涂层技术成为提高刀具切削性能的有效途径，特别是TiAlN涂层凭借良好的耐磨性与稳定性，被广泛应用于切削刀具。然而，传统TiAlN涂层刀具难以承担热力化多重耦合的苛刻工况。如何通过元素掺杂，形成固溶强化与细晶强化，便捷、高效地提升TiAlN涂层刀具的切削性能，成为该领域的研究热点。针对此问题，本文概述了TiAlN涂层的作用机理与制备方法，分析了不同工艺所获涂层的微观形貌与物相结构，阐述了高温工况TiAlN涂层由于氧化与相变导致的使用局限性，着重综述了掺杂Si，C，Cr，B与V元素对TiAlN涂层微观结构、硬度、耐磨性、抗氧化性与刀具使用寿命的影响，最后对TiAlN涂层刀具的未来发展进行了总结。

采用电子束物理气相沉积技术在不同电子束流下（1.2，1.8，2.4 A）制备YSZ热障涂层，分析表征不同电子束流下YSZ涂层的相结构和显微组织形貌变化，并对热障涂层进行了1150 ℃热循环寿命测试，同时通过微观组织结构演变对涂层失效行为进行分析。结果表明：不同电子束流下YSZ涂层均具有非平衡四方相结构，随着电子束流的增加，涂层柱状晶尖端结构逐渐由三角状向金字塔状再向山脊状演变，柱状晶由纤细结构转变为粗大结构，枝晶减少，排列有序性增加，由于YSZ涂层柱状晶纳米孔结构的存在使得热导率略微降低。1.8 A制备的YSZ涂层具有895周次的最优异热循环寿命，约为1.2 A下制备YSZ涂层的2倍，2.4 A下制备YSZ涂层的1.3倍，获得了低电子束流制备的纤细柱状晶结构优先烧结失效、高电子束流制备的粗大柱状晶优先热生长氧化（TGO）层应力累积失效的不同组织结构失效行为，1.8 A制备的柱状晶结构可平衡两种失效行为，有效延长YSZ热障涂层热循环寿命。

为了获得高质量的氧化铝阻氚涂层，采用微弧氧化技术，以磷酸盐为主要电解液成分，在电解液中掺入Cr₂O₃和石墨烯作为添加剂，在1060纯铝表面制备微弧氧化涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、涡流测厚仪、维氏硬度测量仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站表征微弧氧化涂层的表面形貌、元素分布、物相组成、涂层厚度、涂层硬度、耐磨性和耐蚀性。结果表明：在电解液中同时加入3 g/L Cr₂O₃和1 g/L的石墨烯所制备的微弧氧化涂层表面形貌更加致密，涂层中α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃的占比得到提高，厚度达25.3 μm，硬度达763.01HV，平均摩擦因数为0.4781。同时，其自腐蚀电位为-0.185 V，自腐蚀电流密度为1.095×10^-9 A·cm^-2。

为提高聚苯胺（PANI）/聚氨酯（PU）涂层对腐蚀介质的物理屏障性能，引入二维片层材料是有效方法之一。以2，4-二异氰酸甲苯酯（TDI）和3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲烷（MOCA）为原料合成聚氨酯（PU）涂层基体，将PANI与二维Ti₃C₂T_x进行插层反应制成MXene@PANI复合物，再将MXene@PANI添加到PU树脂中，得到MXene@PANI/PU防护涂层。结果表明：MXene/PANI质量比为1∶1时，经盐雾实验60天后MXene@PANI/PU涂层表面无明显腐蚀现象，腐蚀电流为3.709×10^-9 A·cm^-2，阻抗模值为1.93×10⁸ Ω·cm²。这归因于一方面MXene改善PANI的电化学活性，提高PANI的电化学防腐蚀性能；另一方面，Ti₃C₂T_x纳米片可作为二维屏障，抑制腐蚀性介质进入涂层内部，提高其长效防护性能。

采用化学气相沉积（CVD）法在难熔金属Mo表面制备厚约8 μm的HfO₂涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO₂的反应过程, 分析HfO₂涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能, 测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结果表明：HfO₂涂层与基体结合良好, 在经历25~2000 ℃, 100次循环热震后涂层表面未出现宏观剥落；划痕法测定的涂层附着力约23 N；在2.5~5 μm波段, 涂层表面平均发射率为0.48, 将Mo在该波段的平均发射率提高了近5倍。

为提高304不锈钢的耐腐蚀性能，采用料浆法在其表面制备片径为3 μm与300 nm的氮化硼纳米片(boron nitride nanoplate, BNNP)增强氧化铝胶黏陶瓷涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)和光学接触角测量仪分析含不同片径BNNP涂层的微观形貌及表面疏水性能，并利用电化学工作站分析涂层在模拟海水介质下的电化学阻抗与极化曲线，研究BNNP片径和含量对涂层微观形貌与防腐蚀性能的影响及其作用机制。结果表明：涂层疏水性随着BNNP含量的增加而提高，且两种片径的涂层均在BNNP含量达到1.0%(质量分数)时展现出优异的疏水性能，其中添加片径为300 nm BNNP的涂层性能提升更为显著，使涂层表面润湿角由38°提升至96.972°；其低频阻抗和自腐蚀电位分别达到最高值22500 Ω·cm²和0.344 V，自腐蚀电流密度达到最低值1.12×10^-7 A/cm²，表明添加片径为300 nm BNNP的涂层具有更好的隔绝腐蚀介质效果和耐腐蚀性能。

连铸结晶器承担着高温钢液高速振动拉坯过程中的冷却、导热、抗磨损、铸坯表面高精度成型等重要任务，是连铸生产线最关键的核心器件。本文结合结晶器表面防护涂层在国内钢厂的工程应用实践，综述了结晶器铜板表面电镀合金层和热喷涂涂层的优缺点、发展趋势以及实际工况服役后结晶器表面不同部位的主要失效形式和形成机制，为优化设计不同区域涂层成分与相应性能提供依据。同时详细介绍了项目组开展的热喷涂/真空扩散复合技术在国内主要钢厂的服役效果和应用优势。最后指出热喷涂技术将逐步取代电镀技术，成为结晶器表面防护的核心技术，并且高熵及中熵合金涂层具有巨大的应用潜力。

随着重型燃气轮机不断升级，燃气轮机透平的进气温度不断提高，传统YSZ涂层已无法满足高于1200 ℃的服役温度。通过大气等离子喷涂技术制备新型热障涂层LaMgAl₁₁O₁₉（LMA）和YSZ涂层，在1100 ℃和1300 ℃进行静态氧化实验，采用SEM和XRD技术对比分析了不同烧结温度和时长下的孔隙率、微观组织和相变过程。结果表明：LMA涂层在1100 ℃和1300 ℃下，孔隙率随烧结时间的延长而增大，YSZ涂层则随烧结时间延长孔隙率明显下降。LMA涂层在高温下短时间内发生相变，断口中可观察到细小的针状晶，随烧结时间的延长，结晶相长大成条状和片状结构，有利于提高涂层的抗烧结性。Rietveld精修结果表明，在1300 ℃下烧结1000 h，YSZ涂层中T′相含量从82.67%下降至27.69%，C相含量从初始1.50%增加到46.84%，M相含量从0.19%增加到15.39%。此相变过程引起体积转变，产生较大的残余应力，导致涂层脱落。

为了解决金属零件表面的防护问题, 采用冷喷涂辅助感应重熔合成高熵合金涂层的方法, 在45^#钢基体表面制备FeCrAlCu, FeCrAlCuNi, FeCrAlCuCo, FeCrAlCuNiCo高熵合金涂层, 通过XRD, SEM, EDS, TEM, 磨擦磨损试验机等, 研究Ni, Co元素添加对FeCrAlCu系高熵合金涂层的相结构、显微组织以及耐磨性能的影响。结果表明：FeCrAlCu系高熵合金涂层均为FCC+BCC相构成, 其中Ni元素添加可以促进FCC相形成, Co元素添加促进B2相（AlCo）生成。FeCrAlCu系高熵合金涂层组织均为树枝晶, 随着Ni, Co元素的同时添加, 涂层中的枝晶数目增加, 并明显粗化。Ni, Co元素同时添加时, FeCrAlCuNiCo高熵合金涂层的摩擦性能最佳, 涂层的硬度为565.5HV, 摩擦因数为0.349, 磨损率为3.97×10^-5 mm³·N^-1·m^-1。

目前，二代及更高级单晶涡轮叶片的表面服役温度已达到1050 ℃以上，因此涂层与基体间的元素互扩散十分严重。互扩散不仅会消耗涂层中的有益元素，降低涂层服役寿命，而且会在单晶基体中形成二次反应区，严重损害单晶基体的力学性能。扩散障和低互扩散性涂层是控制热障涂层与单晶基体间元素互扩散的有效方法。结合国内外最新研究进展，本文首先对扩散障的设计原理、基本特性以及分类作简要介绍，并具体分析了金属扩散障、陶瓷扩散障和活性扩散障存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作；其次，对低互扩散性涂层在热障涂层领域中的应用与最新发展动态进行综述，详细讨论了纳米晶涂层、相平衡涂层和γ′基涂层的高温防护性能和阻扩散机制。在此基础上，指出了扩散障和低互扩散性涂层的未来发展方向。

热障涂层作为一种由金属黏结层、陶瓷面层和热生长氧化物组成的防护涂层，在航空发动机涡轮叶片上得到了广泛的应用。采用电子束物理气相沉积技术在Ni基高温合金基体上制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷热障涂层。通过调控靶材的沉积能量，研究热障涂层成分、相结构及热循环寿命。分析了1100 ℃热循环下热障涂层失效机理。结果表明，随着靶材沉积能量增大，LaZrCeO涂层中Zr元素含量不断增加，而La/Ce元素比与靶材基本保持一致。同时，随着靶材沉积能量增大，涂层相结构由单一萤石相转变为复合烧绿石和萤石相结构，再转变为单一烧绿石结构。1100 ℃热循环测试表明，具有复合烧绿石和萤石相结构的LaZrCeO/YSZ双陶瓷热障涂层平均热循环寿命为1518次，表现出较好的热物理性能。随着热循环的进行，金属黏结层中的Al元素向外扩散，形成热生长氧化物（TGO），Cr元素与LaZrCeO和O反应，形成了LaCrO₃和ZrO₂。Ni元素和Co元素在高温下扩散并与O反应，形成（Ni，Co）（Cr，Al）₂O₄化合物，使得TGO层或界面层产生裂纹，降低了金属黏结层和陶瓷层之间的韧性，最终导致热障涂层失效。

为了探究工艺参数对NiCoCrAlYTa-Cr₂O₃-Cu-Mo高温耐磨涂层性能的影响规律，基于正交实验，采用大气等离子喷涂（atmospheric plasma spray，APS）工艺制备NiCoCrAlYTa-Cr₂O₃-Cu-Mo涂层，应用极差分析法研究工艺参数对NiCoCrAlYTa-Cr₂O₃-Cu-Mo涂层显微组织、硬度和结合强度性能影响的主次关系，完成喷涂工艺参数优化。优化后的工艺参数为氩气流量为50 L/min，氢气流量为12 L/min，电流为500 A，喷涂距离为100 mm。结果表明：采用优化后的工艺参数喷涂的NiCoCrAlYTa-Cr₂O₃-Cu-Mo涂层显微组织均匀致密，涂层孔隙率小于1%，结合强度平均值为70.7 MPa，硬度平均值为543.7HV，900 ℃温度下50~100 h平均氧化速率为0.07302 g/（m²·h），达到完全抗氧化级别，在800 ℃表现出良好的摩擦磨损性能，平均摩擦因数为0.248，磨损率为2.12×10^-6 mm³/（N·m）。

为探究水陆两栖飞机用起落架材料海洋环境适应性及其失效机制。通过在热轧300M高强钢表面制备高速火焰喷涂WC涂层, 使用电化学测试、盐雾实验、拉伸实验、疲劳实验, 并通过SEM, EDS, XRD以及CLSM表征, 开展其在人工海水环境中的腐蚀行为研究。研究结果表明, 在pH值为8.2的人工海水环境中, WC涂层发生明显的钝化, 具有较好的耐蚀性, 这与在碱性环境下涂层中的Co发生钝化有关。长周期电化学阻抗结果表明, 浸泡28天后, 涂层耐蚀性上升, 这与表面黏结剂形成的氧化物有关。与300M基材相比, 喷涂后的材料抗拉强度略微升高, 这与涂层内部的残余应力释放有关, 其在人工海水中的开裂主要受阳极溶解过程控制。随着预腐蚀时间的增加, 材料的疲劳寿命发生明显降低, 在预腐蚀过程中, 环境中的腐蚀性介质进入涂层内部, 增加了缺陷的数量, 使得涂层提前发生失效, 导致材料断裂敏感性增加。WC涂层有较好的耐蚀性, 拉伸过程中残余应力的释放使材料的抗拉强度略微升高, 经过预腐蚀后涂层提前发生失效, 使得材料疲劳寿命降低。

质量分数为7±1%氧化钇部分稳定氧化锆（7YSZ）是广泛应用的热障涂层陶瓷材料。然而，其在1200 ℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端。因此，本工作提出新型Sc₂O₃-Y₂O₃协同掺杂ZrO₂热障涂层陶瓷材料，采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5%Sc₂O₃-x%Y₂O₃-（92.5-x）%ZrO₂（x=0，0.1，0.2，0.3）陶瓷。通过X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）等手段，重点探究Y₂O₃掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律。结果表明：Sc₂O₃-Y₂O₃复合掺杂ZrO₂陶瓷材料经1450 ℃×3.5 h高温烧结的致密度大于97%，主要由四方相结构组成，该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当，分别为13~14 GPa，211~214 GPa，6.5~7.0 MPa·m^1/2，520~850 MPa之间；断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式，其中以穿晶断裂为主导。Sc₂O₃-Y₂O₃复合掺杂ZrO₂陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料。

为探究酸性盐雾腐蚀对铝氮化硼（Al-BN）涂层可磨耗行为的影响，开展了酸性盐雾腐蚀192 h前后大气等离子喷涂制备Al-BN涂层的组织结构、表面硬度、结合强度和可磨耗性能的对比研究。结果表明：经过酸性盐雾192 h腐蚀后，Al-BN涂层表面形成了由Al，Al₂O₃，NaCl，BN组成的厚度约为300~350 μm的腐蚀致密层。相较于腐蚀前涂层，该腐蚀致密层的平均硬度与平均结合强度方差增大，在刮削过程中部分弱结合部位易发生刮离，并黏附于对偶叶片摩擦面，造成Al-BN涂层的进给深度比（incursion depth ratio，IDR）值由酸性盐雾腐蚀前的（11.43±0.46）%转变为酸性盐雾腐蚀后的（-12.02±0.38）%，导致Al-BN涂层的可磨耗刮磨机制由塑性变形、黏着磨损混合形式转变为塑性变形、黏着磨损、刮离黏附混合机制，摩擦因数由腐蚀前0.34±0.02提升至0.55±0.03。由此可知，酸性盐雾腐蚀对Al-BN涂层的可磨耗性能造成了不利影响。