等離子表面冶金納米涂層材料的性能研究

　　新材料是現(xiàn)代社會發(fā)展與文明進步的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是帶領(lǐng)高新技術(shù)發(fā)展的先導。納米材料作為新材料中的重要分支，自1981年德國科學家Gleiter教授首次提出“納米晶材料”的概念以來，由于其獨特而引入注目的性質(zhì)和廣闊的應用前景，在過去的近40年，納米材料和納米技術(shù)領(lǐng)域的研究異?；钴S，納米材料科學迅速發(fā)展成為材料科學研究的前沿性、交叉性學科。通常納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）或由其作為基本單元構(gòu)成的材料。由于含有大量的內(nèi)界面（晶界和相界面等），納米材料這種獨特的結(jié)構(gòu)特征使其具有一系列特殊的理化性能，如小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和表面效應等。因而，納米材料在光學、催化、力學、磁性等方面呈現(xiàn)出傳統(tǒng)粗晶材料無可比擬的優(yōu)異性能。自納米材料誕生以來，納米晶材料作為一種潛在的高性能結(jié)構(gòu)材料，其力學性能一直是國內(nèi)外學者研究的熱點之一。大量的實驗與理論模擬計算已證實納米材料具有不同于傳統(tǒng)多晶材料的微觀組織結(jié)構(gòu)一力學性能關(guān)系。例如，納米材料的變形過程已不再由位錯機制主導，對于傳統(tǒng)多晶材料所適用的、建立在位錯塞積模型基礎(chǔ)上的Hall-Petch關(guān)系已經(jīng)不完全適用。令人意外的是，大多數(shù)納米晶金屬和合金的塑性居然比其粗晶要低得多，這與納米晶金屬和合金的缺陷狀態(tài)及雜質(zhì)有關(guān)。10余年來，作者采用自主研發(fā)的雙陰極等離子濺射技術(shù)合成了金屬、合金、陶瓷和過渡金屬硅化物納米涂層，重點研究了納米尺度下合金化、微觀組織特征和復合化對本征脆性過渡金屬硅化物的力學性能的影響，研究成果可深化人們對納米過渡金屬硅化物變形機理和力學性能方面的認識；同時，還研究了過渡金屬硅化物納米涂層耐蝕、耐沖刷、抗空蝕、抗菌以及生物相容性能，這些工作進一步開發(fā)了納米硅化物材料的潛在性能，為將來的涂層工業(yè)化應用奠定了良好的基礎(chǔ)。此外，隨著計算材料科學的不斷發(fā)展，研究人員可以借助大型計算機來分析材料的微觀結(jié)構(gòu)以預測其性能。作者為了篩選適用于過渡金屬硅化物的合金化元素以及優(yōu)化添加量，采用基于密度泛函理論（DFT）的第1性原理方法，從原子尺度對過渡金屬硅化物進行理論研究，從電子結(jié)構(gòu)層次上探討造成過渡金屬硅化物脆性的原因，分析合金化元素對機械性能的影響。這部分的研究工作彌補了實驗上的不足，提升了人們從電子結(jié)構(gòu)的角度理解合金化對金屬硅化物的性能影響，并為實驗研究提供了可靠有效的理論依據(jù)。

　　徐江，南京航空航天大學教授、博士生導師，楚天學者特聘教授。主要研究方向為納米晶涂層的韌化設計以及納米涂層的耐蝕性能設計與表征方面，并取得較為矚目的進展。相關(guān)科研成果以作者或通訊作者在材料類和化學類著名刊物上發(fā)表的被SCI收錄的文章達 80余篇。申請國家發(fā)明專利17項，其中授權(quán)專利14項。