百十华章，薪火相传；矢志创新，逐梦前行。值此河海大学建校110周年之际，365英国上市官方网站特别推出“百十科创”系列专栏，聚焦学院本科生、研究生科创团队，以“科创案例分享+科研思维解码+学术品格养成”三位一体模式，搭建深度交流平台，让科创传承从“单向灌输”变为“双向奔赴”，真正激活学院内部的学生创新生态，持续培育具有家国情怀与国际视野的创新型人才梯队。
本期让我们走进《高熵非晶涂层多功能化构筑及损伤行为研究》项目，见证材料学子如何以科技为刃、以匠心为魂，在百十河海的沃土上续写创新传奇，为“材料报国”注入青春力量！
项目名称
高熵非晶涂层多功能化构筑及损伤行为研究
项目类别
江苏省科研与实践创新计划项目（省级）
项目负责人介绍
本项目负责人葛云云为22级博士研究生，主要研究方向为金属材料与涂层技术，以第一作者发表SCI论文8篇，导师程江波教授是365英国上市官方网站连接与增材制造研究所所长，学科知识丰富，科研能力卓越，主持多项国家级和省级项目。
选题探索
海洋是世界政治、经济、军事竞争的制高点。在国家全方位对外开放的背景下，随着“海洋命运共同体”等国家战略推进，为维护国家主权安全和领土完整、维护国家海洋权益和海外利益，大型水面舰艇作为战略威慑力和海上作战中坚力量肩负着重要职责，是遂行大国使命的核心力量。飞行甲板是连接大型舰船与舰载机的桥梁，是实现舰船核心战斗力的关键。然而，严苛海洋服役环境对大型舰船飞行甲板防滑涂层的在勤率和完好率提出了严峻挑战，现有树脂基防滑涂层已难以胜任新型舰载机高频连续冲击和高温尾焰冲刷，其失效问题已成为制约舰载机起降安全和作战效能的技术瓶颈，亟需研发新一代长寿命防滑涂层。
本课题依托于指导教师国家自然基金面上项目：飞行甲板高熵非晶防滑涂层多功能化构筑及其性能演化机理。本课题以提高飞行甲板防滑涂层长时可靠服役为目标，研发具有高熵特性的非晶防滑涂层材料，基于孔隙分级的涂层结构设计，发展低温超音速燃气喷涂高熵非晶涂层缺陷控制及组织和性能遗传的调控方法，构筑耐磨防腐、防滑抗冲击等多功能一体化的高熵非晶防滑涂层，研究涂层在严苛工况下抵抗外界环境侵蚀破坏的损伤行为及性能演化机理，建立涂层服役性能的评估方法和寿命预测模型。
实践经历
本项目通过熵调控无序合金的设计思路，研发具有高熵特性的非晶涂层材料，基于涂层“表层多孔-底层致密”孔隙分级协同提升耐蚀性和抗冲击性能的结构设计，发展HVAF 喷涂熵控非晶涂层缺陷控制及组织与性能遗传调控的制造方法。并系统的研究了孔隙结构特征对涂层力学性能、耐腐性和冲击性能的影响规律，研究复杂工况下涂层抵抗外界环境侵蚀破坏的损伤规律，实现高强高硬、高耐磨耐蚀及防滑抗冲击等多功能一体化熵控防滑涂层的设计、可控成形与性能评估。
结合熵调控性能和第一性原理计算优化设计了熵控非晶合金材料Co21Fe14Ni8Cr16Mo16C15B10 (at.%)，利用真空气雾化技术制备了纯非晶结构的熵控非晶合金粉末，并通过调整HVAF喷涂技术成功制备了不同孔隙特征的熵控非晶涂层，基于“多孔表层-致密底层”的孔隙分级结构设计，获得了孔隙分级双层结构的熵控非晶涂层。涂层呈现出典型的层状结构，内部存在孔隙、微裂纹等微观缺陷。随着喷涂功率和喷涂距离增加，涂层的孔隙率呈现出先降低后增加的趋势。此外，所有涂层均形成了完全非晶结构，各种成分元素均匀分布于涂层内部。
涂层呈现明显的钝化行为。随着孔隙率增加，涂层的耐腐蚀性能逐渐降低。同时，涂层的电化学阻抗和ND值随孔隙率增加而略有增加，致密涂层显示出最高Ecorr（-0.62 V）、最小Icorr（3.973 μA cm-2）和最大钝化膜厚度（1.34 nm）。孔隙和孔隙周围区域之间的高电位差会提高腐蚀倾向。孔隙本身和孔隙中的闭塞局部区域有助于孤立孔隙或层间相互连接，导致腐蚀性离子在整个内部涂层中扩散，加剧腐蚀。由于致密钝化膜富集Cr₂O₃，致密涂层显示出优异的耐腐蚀性能。
涂层腐蚀机理示意图
涂层越致密，涂层硬度和弹性模量越高，裂纹扩展阻力就越大，断裂韧性越高。在恒定冲击能量下，多孔涂层与孔隙分级双层结构涂层撞击坑尺寸（深度和直径）与致密涂层相比均有所减小，此外，多孔涂层和孔隙分级双层结构涂层都没有出现裂纹穿透现象，裂纹尖端表现出偏转和分叉。引入孔隙及孔隙分层结构不仅可显著减轻涂层中的应力集中并阻碍裂纹的扩展，还可改变裂纹传播路径，从而直接或间接提高裂纹扩展阻力。在摩擦磨损实验中，涂层磨痕轨迹表面均存在犁沟、深色氧化区域、磨削及剥落坑，因此，涂层的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和脆性剥落。此外，磨损加剧了涂层腐蚀，导致涂层开路电位和腐蚀电位负移，腐蚀电流密度升高，且随施加载荷和滑动速度增加而愈发显著。
成果展示
经过一年的研究探索，该项目在程教授的指导下已完成，通过对工作内容进行分析和总结，撰写结题报告，并于SCI期刊《Corrosion Science》发表论文一篇，《Pore defect and corrosion behavior of HVAF-sprayed Co21Fe14Ni8Cr16Mo16C15B10 high entropy metallic glass coatings》。
审稿人：辛绍权