二次硬化型超高强度钢因其优异的超高强度、高韧性而被广泛应用于航空航天及能源装备等领域。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及拉伸、冲击试验机研究不同淬火温度对节Co型2.2 GPa级超高强度钢微观组织及力学性能的影响机制。结果表明：当淬火温度为950 ℃时，基体内存在较多未溶M₆C碳化物和未细化晶粒，其强度较低，抗拉强度为2072 MPa，屈服强度为1873 MPa。随淬火温度升高，再结晶促进基体晶粒细化，M₆C碳化物的数量逐渐减少，这种部分溶解促进强化相析出，使得强度出现回升；当淬火温度为1030 ℃时，实验钢具有优异的强塑韧性配合，抗拉强度为2251 MPa，屈服强度为1901 MPa，伸长率为9%，V型缺口冲击功为9 J。进一步提高淬火温度，奥氏体晶粒快速长大导致塑性发生严重衰减，1120 ℃下伸长率仅为4.5%。淬火温度在1030~1090 ℃之间时，M₆C碳化物溶解与晶粒长大存在竞争关系。尽管更高淬火温度会促进其溶解，但晶粒的严重粗化抵消前者对韧性的有利作用，使得强韧性相对稳定。

高端装备关键零部件经常暴露于苛刻的磨损、腐蚀或高温环境，因而要求具有更高的耐磨、抗蚀和耐高温性能。热喷涂技术作为目前最具潜力的一种表面工程技术，可以广泛适用于多种高端装备的关键零部件，以提高其表面性能。纳米热喷涂技术是一种将纳米材料和热喷涂技术有效结合实现材料表面改性的重要手段，也是一种能够有效延长飞机、舰船等各种高端国防装备在极端环境下服役寿命的有效解决方案。通过对纳米粉体进行再造粒，同时通过纳米结构粉体再调控技术能够在纳微观尺度上调控可喷涂粉体喂料的物相组成和组织结构，从而获得各种所需性能的纳米结构热喷涂涂层，以满足各种高端装备关键零部件所需的各种表面性能需求。本文简要综述了国内外近十几年来在热喷涂制备各种不同功能取向的纳米结构涂层发展现状，主要有纳米结构耐磨抗蚀陶瓷涂层、纳米结构热障涂层、纳米改性MCrAlX合金涂层、纳米改性WC-Co基金属陶瓷涂层以及纳米结构环境障涂层等，结果表明纳米结构和纳米改性热喷涂涂层在高端装备关键构件上有非常广阔的应用前景。为了实现纳米结构涂层的广泛应用，未来需要在实际工程应用研究、海洋环境服役、海洋生物污损、先进粉体制备技术研究和高性能粉体产业化方面开展进一步的研究工作。

质量分数为8%Y₂O₃部分稳定的氧化锆（8YSZ）是目前航空发动机涡轮叶片常用的热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）面层材料，但其在1200 ℃以上高温相变诱发的体积变化易导致涂层开裂失效。采用Sc₂O₃作为稳定剂，使用固相合成法制备了摩尔分数为8%Sc₂O₃-92%ZrO₂陶瓷（8SSZ），对比研究了8SSZ与传统8YSZ陶瓷材料的热膨胀系数、热导率以及高温相与晶粒的热稳定性等热物理性能。结果表明：试样经马弗炉1400 ℃热处理后，热膨胀仪测得8SSZ的热膨胀系数（CTE）为（8.91~10.7）×10^-6 K^-1，与8YSZ材料相当；热导率测试仪测得8SSZ的热导系数为2.59 W/（m·K），较8YSZ降低了约20%；X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等分析表明，8SSZ在1400 ℃保持500 h无相变，高温相稳定性比8YSZ的高，但仍然存在晶粒长大过快的问题。

层间裂纹是影响光固化增材制造工艺向工业实用化推进的最大障碍。本工作通过研究光固化成型及脱脂工艺中裂纹缺陷的产生机理及其对光固化氧化锆陶瓷性能的影响规律，分析比较了曝光时间和脱脂速率对氧化锆陶瓷裂纹分布状态的影响。结果表明：当切片厚度等于曝光层厚时，容易获得无缺陷的陶瓷坯体；当脱脂速率为0.1 ℃/min时，陶瓷件表面裂纹最少，并且最终获得了致密度为99%、弯曲强度为450 MPa的陶瓷件。本工作为光固化增材制造无缺陷的氧化锆陶瓷及其应用提供了科学依据及技术指导。

为了开发可在高温环境中使用的具有高回火稳定性的高温耐磨钢，利用固体和分子经验电子理论计算了不同合金元素与C元素的键能，并设计了系列TiC粒子增强型耐高温磨损钢成分，通过Thermo-Calc软件对TiC粒子析出温度进行计算，并对最佳热处理后的钢板进行不同温度和时间的回火稳定性实验。结果表明，Cr、Mo、W与C所形成的键能与Fe—C键能相比提高幅度显著，因此，增大了C原子在马氏体中扩散的激活能，阻碍了C原子在马氏体中的扩散，提高了马氏体的回火抗力，因此确定了Cr、Mo和W作为提高TiC强化马氏体耐磨钢热稳定性的主要添加元素。TiC粒子在1400~1500 ℃温度区间内析出，粒子形貌表明粒子呈仿晶界分布，通过热机械加工后可以实现微米TiC粒子在基体上均匀分布。回火稳定性实验结果表明，Cr和W元素的添加大幅度提高回火稳定性。

基于氧化锆陶瓷材料磨损的现状和需求，针对单一织构化试样减摩性能问题，将不同织构类型进行组合，在生物体表提取仿生轮廓，设计多种新型的复合仿生织构。采用数值模拟和实验研究的方法分析复合仿生织构的减摩性能，进行Reynolds方程数值求解，研究复合织构类型对油膜承载力、压力分布区域及最大静压力的影响，并利用摩擦磨损试验机对其摩擦学性能进行实验探究。结果表明：复合仿生织构较其他织构类型具有更大的油膜承载力、更广的压力分布区域、更小的摩擦因数，其中，鳞形+羽毛形复合织构的综合减摩效果最佳；复合仿生织构的减摩机理主要归因于接触应力点的改变、压力的不对称分布及磨屑的储存性能，且复合织构的压力分布形式高度依赖于单一织构类型。

在航空航天领域，焊接是TA3合金构件的主要连接工艺，其焊接接头的微观组织和力学性能对焊接构件的服役安全性有着重要影响。本工作对比研究了母材和焊缝试样的拉伸性能，并利用扫描电子显微镜和电子背散射衍射研究了拉伸前后的变形形貌。结果表明，TA3合金焊接前，微观组织是等轴状α晶粒，焊接后，出现块状、针状和锯齿状α晶粒。焊接试样的屈服强度（378 MPa）和抗拉强度（458 MPa）高于母材试样的，但伸长率较低。原因是母材试样经过焊接后，焊接温度对试样有时效处理的效果，存在时效硬化，同时焊缝区域内部晶粒尺寸变小，会提升抗拉强度。由于焊缝区的显微硬度明显高于母材区，导致焊接接头断口位于母材区，其中焊缝区的变形机制为应力诱发（\mathrm{2}\overline{\mathrm{1}}\overline{\mathrm{1}}2）［\mathrm{2}\overline{\mathrm{1}}\overline{\mathrm{1}}3］、（\overline{\mathrm{2}}\mathrm{1}12）［\overline{\mathrm{2}}\mathrm{1}13］孪晶，二者Schmid 因子为0.038，此时分切应力较大，晶粒变形协调能力强。母材区域也出现了（\overline{\mathrm{2}}112）［\overline{\mathrm{2}}113］孪晶，但Schmid 因子为0.078，应力集中程度相对较高。

以用酚醛树脂作为基体碳制备碳纸，使用不同的热处理温度（1400 ~2700 ℃）制备了不同结构的基体碳，并研究了基体碳含量和结构对质子交换膜燃料电池用碳纸的影响。结果表明：碳纸中的基体碳相较于碳纤维更容易发生石墨化转变；随着基体碳含量的增加，碳纸d₀₀₂衍射峰更尖锐，热处理温度从2100 ℃增加至2400 ℃时，碳纸的石墨化度增加了45.2%，增幅最大。不同基体碳含量的碳纸随着热处理温度的升高其性能的变化并不完全相同。当基体碳含量为60%（质量分数，下同）和120%时，碳纸的厚度随着石墨化温度的升高逐渐下降，碳纸拉伸强度变化较小；当基体碳含量为200%和350%时，碳纸的厚度随石墨化温度的升高先略微降低然后升高，碳纸的拉伸强度随热处理温度的升高下降较快。碳纸面电阻率随着热处理温度的升高呈下降趋势，其变化趋势与厚度变化趋势基本一致。因此，在制备不同性能的碳纸时，需要考虑基体碳含量和结构的协同作用。

硫化铅量子点（PbS QDs）具备优异的光电学性能和较强的近红外光吸收能力，是制备近红外光电探测器的理想材料。然而，基于PbS QDs的光电探测仍存在工艺难度和性能不足的问题。本工作使用热注入法合成PbS QDs，通过逐层法和固相配体交换法制备PbS量子结红外探测器，采用热退火工艺提升PbS量子结红外探测器光电性能，并分析退火温度对PbS量子结光电性能的影响。结果表明：退火处理有效降低PbS量子结红外探测器的暗电流，同时增加光电流，且获得平稳的光响应电流输出；退火后的PbS量子结红外探测器的响应时间缩短，获得1.9 ms的上升时间和3.2 ms的延迟时间；探测器的灵敏度得到提升，响应度和探测率分别提高1.2倍、1.3倍，获得0.78 A·W^-1的响应度和\mathrm{7.8}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{11}}\mathrm{c}\mathrm{m}\bullet \mathrm{H}{\mathrm{z}}^{\mathrm{1}/\mathrm{2}}\bullet {\mathrm{W}}^{-\mathrm{1}}的探测率。退火有效提高了PbS QDs薄膜的结晶度和载流子迁移率，同时降低薄膜和界面的缺陷态，使得PbS量子结红外探测器的光电性能得到全面提升。

面向未来煤炭清洁高效利用的发展需求，开展了先进超超临界汽轮机转子用C700R-1镍基合金转子锻件的研制，并对试制的转子锻件进行了常规力学性能和短时持久性能的检测。结果表明，采用闭式镦粗+挤压的方式可以实现Φ850 mm锻件的高均质化锻造。研制的大截面锻件锻态晶粒度在4~7级，热处理后的晶粒度在3级左右。由于边缘部位固溶后冷却速率高，后续时效过程中可析出大量均匀细小的γ′相。因此，锻件边缘拉伸性能略优于心部和1/2R。边缘位置不同方向拉伸性能波动很小。锻件室温抗拉强度>950 MPa，屈服强度>600 MPa，冲击功A_KV>70 J；700 ℃抗拉强度>750 MPa，屈服强度>500 MPa。室温和700 ℃的伸长率和断面伸缩率均在25%以上。锻件在700 ℃/300 MPa条件下的持久时间>7000 h。本课题通过闭式镦粗+挤压的变形方式以及合理的热处理工艺，实现了Φ850 mm截面等级镍基合金锻件的均质化制造，为后续全尺寸镍基合金转子锻件的制造提供了关键数据。