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涂覆于高温合金热端部件表面的热障涂层，具有隔热防护作用，属新一代燃气轮机的关键核心技术。等离子喷涂制备的热障涂层隔热性能好，但长时间高温服役后存在开裂剥落问题，引发基体烧蚀、造成巨大经济损失。因此，发展长寿命热障涂层是该技术领域的重大难题。本文从等离子喷涂热障涂层的独特层状结构特征入手，阐述涂层在高温服役中结构和性能的演变规律，揭示涂层剥落失效机理，总结长寿命热障涂层设计方法。研究表明，等离子喷涂热障涂层呈现以连通2D孔隙为主的层状多孔结构，具有优异的隔热功能和协调应变能力。然而，涂层在高温服役中发生烧结，2D孔隙大量消失，涂层显著刚化，使热障涂层开裂驱动力急剧增加，引发微观裂纹扩展并贯通形成大尺度裂纹，导致涂层最终剥落失效。据此，分别从降低开裂驱动力和增加开裂阻力两方面着手，总结抗开裂新结构涂层设计方法，为研发长寿命热障涂层指明了发展方向。在未来研究中，如何保证涂层高隔热和长寿命并同时兼顾经济性，是发展新一代高性能热障涂层的重点方向。
超音速火焰喷涂制作的金属黏结层加料浆喷涂制作的柱状晶结构陶瓷隔热层被视作新一代航空发动机和燃气轮机用热喷涂热障涂层，其中采用的MCrAlY金属黏结层正朝着长寿命、低成本、适用于新燃料的方向发展。本文综述近年来航空发动机和燃气轮机热端部件热障涂层用MCrAlY金属黏结层研究进展，并对涂层的结构设计与成分设计进行探讨。
随着航空发动机涡轮进口温度提升，目前最广泛使用的Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）热障涂层（TBCs）已难以满足需求，亟须发展新一代超高温TBCs。GdPO4是一种极具应用前景的TBCs材料。本工作采用等离子喷涂方法制备GdPO4/YSZ双陶瓷层结构TBCs，研究喷涂工艺参数特别是喷涂功率对GdPO4陶瓷涂层相组成、表面形貌、微观结构以及结合强度的影响。结果表明：等离子喷涂GdPO4过程中会有元素P损耗，得到的涂层除了GdPO4外，还有一些Gd3PO7相；随着喷涂功率降低，Gd3PO7相含量减少；GdPO4陶瓷涂层的主体结构由充分熔融的喷涂粒子堆垛构成，其中镶嵌有未熔化粒子构成的微区；随着喷涂功率降低，未熔化微区增多，涂层厚度降低；GdPO4/YSZ TBCs的结合强度随喷涂功率降低而减小，主要是由于未熔化微区增多降低了涂层的内聚力；因此，低喷涂功率不利于涂层的结合强度。
热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统，在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注，但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术（electron beam physical vapour deposition，EB-PVD）制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层，研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明：LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料，LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成；在1100 ℃热循环条件下，LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命；热循环实验后，由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展，包括水平裂纹和垂直裂纹两大类，进而引起整个涂层体系的不稳定，最终导致涂层失效。
采用激光对大气等离子喷涂7YSZ热障涂层进行表面重熔处理，探讨基体预热和Al2O3溶胶涂敷对激光重熔层裂纹愈合的影响，研究处理后热障涂层的耐CMAS熔盐腐蚀性能。结果表明：涂层经过激光重熔和基体预热后的激光重熔处理后，与未经重熔处理涂层的CMAS腐蚀厚度基本相同；而采用表面Al2O3溶胶涂敷加激光重熔的热障涂层的CMAS腐蚀厚度明显减小，表明Al2O3溶胶涂敷加激光重熔工艺可以有效地减轻CMAS熔盐侵蚀，其机理是表面形成的Al2O3薄膜溶于CMAS后生成了难熔晶体钙长石，降低了熔盐的流动性和腐蚀性。
在纳米ZrO2-8% Y2O3（摩尔分数）（8YSZ）粉末中掺杂20%（质量分数）微米级CeO2粉末，并通过喷雾干燥合成CeO2-8YSZ（CYSZ）复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜（SEM）及附带能谱仪（EDS）考察羧甲基纤维素黏结剂（carboxymethyl cellulose，CMC）质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层，对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析涂层物相。结果表明：黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体；制备的涂层中Ce元素呈均匀分布；涂层物相基本为t-相结构，其中Ce4+取代Zr4+进入ZrO2晶格形成类质同象的固溶体结构，显示出CeO2掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用；所制备CYSZ涂层在1100 ℃，水冷循环100次后仍保持完整，展现出较高的抗热冲击性能。
采用6061-T651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造（friction extrusion additive manufacturing，FEAM ）工艺实验研究，探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明：对给定横向移动速度300 mm/min，采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样，增材整体由细小等轴晶粒组成，增材层间实现冶金连接；800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低，增材层间结合界面呈平直状，塑化金属流动不充分，沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙；600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著，晶粒细化至6.0 μm，但增材界面区软化程度较严重，硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%，而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%；在600 r/min和800 r/min下，增材试样均具有优良的综合力学性能，抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-T651的66%和70%，而断后伸长率明显较高，分别为母材的212%和169%；与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。
研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding，LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征，利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明：接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶，焊接过程中WZ温度超过β转变点，焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α；TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力，使得接头形成的热力影响区(TMAZ) 较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎，焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α；毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征，但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散，层间β消耗，初生α长大；WZ组织的细晶强化和第二相强化，TMAZ组织的应变强化和第二相强化，以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。
为了在保证GH4096合金主要力学性能的前提下，降低薄壁类零件用锻件的内部残余应力，提高零件加工过程的尺寸控制精度，研究空冷，风冷，油冷，盐浴等固溶冷却方式对GH4096合金环锻件析出相的尺寸和形貌、主要力学性能和内部残余应力的影响。结果表明：与采用传统油冷的试件相比，空冷试件的二次、三次γ′相较为粗大，蠕变性能和高温拉伸性能有较大幅度的降低，风冷试件的二次γ′相尺寸略有增大，三次γ′相尺寸相当，蠕变性能和拉伸性能有小幅降低，盐浴冷却试件的二次、三次γ′相尺寸相当，蠕变性能和拉伸性能相差较小。采用风冷的试件内部残余应力可控制在±100 MPa以内，比油冷和盐浴冷却的试件降低50%以上。GH4096合金环件固溶处理冷却方式采用风冷与传统的油冷和盐浴冷却方法相比，可以明显降低锻件内部残余应力，蠕变和高温拉伸等性能只有小幅降低，有助于改善GH4096合金薄壁零件冷加工过程的变形问题，提高尺寸控制精度。
利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统和高速摄像技术对三维五向碳/环氧编织复合材料的动态压缩特性进行研究。通过对编织角为22.3°的试样分别进行沿纵向和横向方向的冲击压缩实验，得到材料在200~1200 s-1应变率范围内的应力应变曲线，并结合高速摄像记录的动态压缩过程，对不同应变率下材料在高速变形下的渐进破坏规律进行分析。同时，综合试样的宏观破坏特征和微观断口形貌特征，进一步分析材料的破坏模式及破坏机理。结果表明：随着应变率的增加，材料在纵向和横向均具有一定的应变率强化效应，在横向方向的应变率强化效应更为显著；不同加载方向下材料的渐进破坏过程、应力应变曲线特征以及破坏方式均具有明显差异，且随着应变率的增加而发生改变。
采用静电纺丝法制备ZnO纳米纤维，研究聚乙烯醇（PVA）浓度对ZnO纳米纤维微观形貌、介电性能和吸波性能的影响规律。结果表明：随着PVA浓度从6%增至10%，ZnO纳米纤维直径变细，但珠结增加，粗细不均。当PVA浓度为8%时，ZnO纳米纤维直径较细、粗细均匀、表面光滑、珠结较少，形貌最好。此时，其介电常数达到最高值，实部为15.4~20.8，虚部为3.6~4.7，并在较薄的厚度下具有最优的吸波性能。当70%（质量分数/%，下同）ZnO纳米纤维/石蜡样品的厚度为1.3 mm时，反射率低于–5 dB的吸收带宽达到5.4 GHz（12.6~18 GHz），最小反射率为–16.6 dB。此外，石蜡含量也对样品的介电性能和吸波性能具有重要影响，随着石蜡含量的增加，样品的介电常数降低，当石蜡含量为30%和20%时，样品具有较好的吸波性能。
