科研先锋张小锋:十六载深耕热喷涂技术 突破航空发动机涂层“卡脖子”难题

问题:高端装备竞争中,航空发动机等“国之重器”对材料与工艺提出极限要求。

发动机核心部件长期在高温、高压、高速及腐蚀环境下运行,零部件表面既要隔热降温,又要抵御熔盐腐蚀与热循环冲击,任何薄弱环节都可能影响寿命与可靠性。

热喷涂作为将金属或陶瓷粉末在高能热源下熔融并沉积成涂层的关键手段,被业内视为提升发动机性能的重要工艺路径,但其工艺窗口窄、机理复杂、质量一致性要求极高,长期以来也是国际科技竞争的焦点之一。

原因:一方面,涂层需要在微观结构、界面结合、孔隙与裂纹演化等多尺度上实现精确调控,涉及材料科学、等离子体物理、装备工程、检测评价等多学科耦合,研发难度大、周期长。

另一方面,工程化应用对稳定性与可重复性要求严苛,从实验室样件到型号验证再到批量制造,必须贯通材料配方、工艺参数、在线监测与寿命评估等全链条能力。

正因如此,突破往往来自长期积累与团队协同,而非短期“突击”。

影响:张小锋团队的攻关给出的答案是“从原理到应用吃透”。

自2009年进入该领域、2012年加入广东省科学院新材料研究所以来,他持续围绕热喷涂技术开展研究,并参与团队推进等离子喷涂—物理气相沉积涂层(PS-PVD)工艺探索。

在与导师、同行的长期讨论中,团队提出并推进热障涂层表面镀铝改性思路,重点提升涂层热循环寿命、隔热能力与耐熔盐腐蚀水平。

经过多年系统攻关,相关技术实现多型号航空发动机试车验证,并在燃气轮机领域实现商业交付,补齐了国内在该方向的关键技术短板。

最新进展入选相关年度科技进展榜单,也从侧面反映出该领域攻关的行业价值与示范意义。

对策:从实践看,关键核心技术攻关需要更具组织化、体系化的方法。

其一,坚持需求牵引,把时间表与任务书压实到“型号节点”,围绕国家重大需求配置科研资源,形成从基础研究到工程验证的闭环。

其二,强化平台支撑与协同攻关,依托国家级平台能力把工艺、装备、检测评价和标准体系串联起来,推动“能做出来”向“稳定做出来”“可规模应用”跃升。

其三,建设梯队化人才结构,形成老中青接续的传承机制,在长期项目中保持知识沉淀与持续创新。

其四,用数字化提升效率与质量。

近年来,团队将智能化与数字孪生等理念融入研发流程,在数字驱动材料设计、参数优化与质量预测方面提升迭代速度,为复杂工艺的稳定控制提供新工具。

其五,完善成果转化路径,把科研成果与应用场景同频推进,减少“论文成果”与“工程应用”之间的距离。

前景:面向未来,高温涂层技术仍将是先进航空动力与高端燃机持续升级的重要支点。

随着发动机向更高推重比、更高涡轮前温发展,涂层需要在更苛刻环境下保持稳定,并与新型基体材料协同设计。

业内普遍判断,发动机零部件将逐步向更轻、更耐高温的陶瓷基复合材料等方向拓展,涂层技术则像为器件“穿上防护服”,在隔热、抗氧化、抗腐蚀、隐身等功能上实现复合化、系统化。

张小锋团队表示,将继续面向新一代航空发动机热障涂层、环境障涂层及隐身涂层等方向开展攻关,推动高温防护涂层在国防重点型号中实现更多应用落地。

可以预期,随着工艺数字化、质量评估体系与产业链配套能力的完善,高温涂层将从“关键突破”走向“体系优势”,为装备可靠性与性能提升提供更坚实的材料支撑。

张小锋和他的团队用十六年的坚守诠释了什么叫"材料报国"。

他们没有被国际竞争的激烈所动摇,没有因技术难题的复杂而退缩,而是以高度的家国情怀和科学精神,一步步攻克难关,为国家战略安全筑牢防线。

这种扎根基础研究、面向国家重大需求、勇于自主创新的科研精神,正是推动我国科技事业向更高层次发展的重要力量。

当越来越多像张小锋这样的科研工作者在各自的领域深耕细作、砥砺前行时,我们有理由相信,自主可控的技术创新将不断突破瓶颈,为中国制造、中国创造提供更加坚实的支撑。