在航空航天、軍工及工業(yè)制造等關(guān)鍵領(lǐng)域，零部件表面防護(hù)始終是一項(xiàng)技術(shù)難題。具有高熔點(diǎn)、高硬度、化學(xué)惰性及絕緣特性的陶瓷材料，因其在耐磨、耐熱和耐蝕方面的潛力，成為備受青睞的涂層選擇。

相比傳統(tǒng)微米級(jí)結(jié)構(gòu)涂層，熱噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層在成分均勻性、結(jié)構(gòu)細(xì)化及結(jié)合強(qiáng)度等方面表現(xiàn)更優(yōu)。但傳統(tǒng)制備工藝往往受限于原料納米顆粒的粒徑與分布，涂層顯微結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性有限，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)新型熱噴涂原料粉體制備技術(shù)尤為關(guān)鍵。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種全新的“燃燒合成-空氣霧化（CS-AA）技術(shù)”，成功制備出具有納米共晶結(jié)構(gòu)的Al₂O₃-ZrO₂復(fù)合粉體。該粉體用于等離子噴涂后，獲得了獨(dú)特納米共晶結(jié)構(gòu)的復(fù)合陶瓷涂層，在耐磨保護(hù)方面展現(xiàn)出優(yōu)異性能。相關(guān)成果已于2025年8月19日發(fā)表在 Journal of Advanced Ceramics。

研究顯示，利用 CS-AA 技術(shù)制備的新型粉體在噴涂后形成了雙峰結(jié)構(gòu)涂層，既包含完全熔融區(qū)，也包含部分熔融區(qū)。其中，部分熔融區(qū)呈現(xiàn)由纖維狀或片層狀納米共晶相組成的多群結(jié)構(gòu)，平均間距僅約65 nm，這種微觀結(jié)構(gòu)顯著提升了涂層的力學(xué)與耐磨性能，在提升硬度和抗裂性方面發(fā)揮了決定性作用。

與傳統(tǒng)納米粉重構(gòu)方法相比，CS-AA技術(shù)無(wú)需昂貴的納米粉體，工藝步驟更簡(jiǎn)化，因而在成本效益與環(huán)保性方面具備突出優(yōu)勢(shì)。更關(guān)鍵的是，在快速冷卻過(guò)程中，共晶相能夠自發(fā)耦合生長(zhǎng)，直接在粉體中形成細(xì)微結(jié)構(gòu)，無(wú)需額外處理。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化噴涂功率后，涂層顯微硬度達(dá)到1008.39±308.54 HV0.2，韌性為4.22±0.58 MPa·m^1/2，在6 N、500 rpm條件下磨損率僅5×10^-5mm³·N^-1·m^-1。這表明CS-AA方法為熱噴涂納米結(jié)構(gòu)原料提供了一條可行路徑，并為耐磨防護(hù)陶瓷涂層的研發(fā)與優(yōu)化提供了有價(jià)值的參考。

對(duì)于未來(lái)研究方向，團(tuán)隊(duì)指出，CS-AA 技術(shù)仍需更深入的探索，包括：拓展到其他體系陶瓷復(fù)合粉體的制備；調(diào)控霧化冷卻速率與工藝參數(shù)；進(jìn)一步優(yōu)化噴涂工藝；擴(kuò)展涂層在耐熱、耐蝕等更多場(chǎng)景中的應(yīng)用等等。

粉體圈Coco編譯