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。

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。

碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）具有优越的综合力学性能，以及可快速成形、可焊接、可回收等特点，在航空航天、车辆制造等领域的应用逐渐增加。超声波焊接被认为是最适合焊接CFRTP的方法之一。随着CFRTP在航空航天主承力结构中的应用的增加，传统的超声波点焊所形成的离散式焊点难以满足主承力结构对焊接接头强度的要求。为此，国外学者提出了超声波连续焊技术，从而实现CFRTP结构的缝焊连接，我国在此领域尚未见文献报道。本文从CFRTP超声波连续焊装备、接头设计、工艺特点和质量检测四个方面梳理CFRTP超声波连续焊研究成果，讨论CFRTP超声波连续焊中有待解决的科学问题和技术瓶颈，为我国开发CFRTP超声波连续焊技术提供参考。

分别选用平均粒度为14 μm和15 μm的碳化硅和2024铝合金粉末作为增强相与基体合金，采用热等静压法制备体积分数为35%、45%和55%的SiC_p/2024Al复合材料，研究时效处理对复合材料力学性能的影响规律。结果表明：时效处理可以显著提升复合材料的硬度，提高时效温度和SiC体积分数均可以缩短复合材料的峰时效时间。当时效温度由160 ℃升高至190 ℃时，体积分数为35%复合材料的峰时效时间由9.5 h缩短至2 h。190 ℃时3种体积分数复合材料峰时效时间均缩短至2 h。热处理过程中基体合金的析出强化使得时效态复合材料的抗弯强度均高于相同体积分数制备态复合材料，基体合金含量越高，强化效果越显著。其中，体积分数为35%峰时效态复合材料的抗弯强度最高，在170 ℃时为901 MPa。随着体积分数的增加，基体合金含量降低，通过塑性变形减缓材料局部应力集中的能力下降，且复合材料的缺陷逐渐增加，因此体积分数为55%制备态和热处理态复合材料的抗弯强度均较低。而时效态复合材料的微屈服强度均高于制备态复合材料。其中，体积分数为45%时效态复合材料的微屈服强度整体最高，在361~380 MPa范围波动，体积分数为55%时效态复合材料的微屈服强度最低。体积分数为35%复合材料的微屈服强度随温度增加先升高后降低，180 ℃时微屈服强度最高（368 MPa），略高于相同条件下体积分数为45%的复合材料。

随着碳纤维增强复合材料（CFRP）在航空航天领域的广泛应用，研究其与铝合金连接界面的摩擦性能显得尤为重要。本研究通过实验探讨了表面微织构参数对铝合金-CFRP连接界面摩擦性能的影响。结果表明，压应力和微沟槽几何参数对界面摩擦性能具有显著影响。随着压应力从7.5 MPa增加到30 MPa，滑动摩擦因数显著降低，这主要归因于自润滑膜的形成和增强。铝合金表面的微结构在高压应力下嵌入CFRP板中，产生犁沟效应，微切削作用生成的环氧树脂碎屑填充微结构沟槽，形成稳定的润滑膜。沟槽深度对摩擦性能的影响最为显著，31.8 μm深的沟槽能显著降低滑动摩擦因数至0.197。压应力与微织构几何参数的协同作用显著提升了界面摩擦性能和连接强度。本研究为优化复合材料连接技术提供了理论依据和实践指导。

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。

Fe-Ga合金作为一种新型的磁致伸缩材料，具有低驱动磁场和高磁致伸缩性能。因其兼具成本低、力学性能好及稳定性高等优点，在微位移器件、振动器和传感器件等领域引起了凝固态物理和材料科学工作者的关注。Fe-Ga合金的磁致伸缩性能与材料的织构取向、磁畴的分布状态及合金元素的添加有关，更取决于合金的物相结构。为此，本文从Fe-Ga合金的相结构出发，概述了不同制备方法对提高Fe-Ga合金〈100〉晶粒择优取向的影响；指出施加一定的外加磁场和预应力改变磁畴分布状态的作用和添加稀土元素对于磁致伸缩性能提升的效果；重点介绍了热处理调控相结构转变和纳米沉淀相析出对Fe-Ga合金磁致伸缩性能影响的研究进展，有助于促进Fe-Ga 合金在结构-功能一体化精密器件制备领域的推广和应用。

湿热环境常导致树脂基复合材料的力学性能出现明显下降。对T700/BP9916复合材料开孔板进行湿热老化实验，并对老化前后的试样进行压缩实验，得到相应的开孔压缩强度。通过ABAQUS有限元软件模拟试样湿热后残余应力分布，并基于复合材料的吸湿膨胀行为和力学性能与吸湿率的线性关系对吸湿前后的开孔压缩实验进行模拟计算。结果表明：T700/BP9916复合材料的吸湿过程表现出典型的菲克扩散行为，湿热后开孔压缩最大载荷下降约5.2%。湿热后复合材料的内部应力较小，对强度无实际影响。FEM模拟得到的相对质量增量-时间曲线与实验曲线吻合性较好，未吸湿环境下开孔压缩最大载荷模拟计算值与实验值的相对误差仅为0.88%，湿热环境下相对误差为6.21%，误差增加原因为模拟计算过程中仅考虑湿热效应与材料性能线性下降关系。

随着航空发动机性能的提升，离心叶轮等关键部件在高温、高应力和复杂载荷下运行，其几何不连续区域（如通气孔和倒圆角）成为疲劳失效的薄弱环节。本工作以TA19材料为研究对象，制备光滑试样和U型缺口试样，在高温条件下开展低循环疲劳实验。通过Weibull分布拟合疲劳寿命数据，并针对传统模型在应力集中区域精度不足的问题，提出了引入应力集中因子（K_t）和一阶可靠性理论修正的迭代疲劳寿命模型。研究表明，U型缺口试样因应力集中效应疲劳寿命分布更为集中，光滑试样寿命分散性较高。Kolmogorov-Smirnov检验验证了数据符合Weibull分布特性，修正后的模型显著提高了预测精度，大多数预测数据落入±1.5倍分散带内，并绘制了不同失效概率的P-S-N曲线，为复杂结构疲劳寿命预测提供了参考。

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。