(一). 先进PVD涂层的研究与应用
PVD涂层在交通运输、能源利用、环境保护、精密机械、先进制造、医疗仪器、信息存贮等诸多领域已被广泛使用。在不同的应用领域，涂层的材料体系及性能要求不同。本研究方向致力于超耐磨，强韧一体，抗腐蚀等先进硬质防护涂层的研发及工业实际应用。
1．超级耐磨涂层研究
硬质耐磨涂层在诸多领域被广泛使用，对其耐磨性的要求日益提高。制约硬质涂层耐磨性的因素很多，其中涂层在使役过程中的各种开裂行为是其失效的重要原因。本课题组从控制裂纹萌生与扩展的角度出发研究与制备高耐磨涂层。获得的主要成果如下：
（1）超级耐磨涂层
通过组分设计与工艺优化，获得晶界致密，失配角较小的高致密低缺陷的"强界面"涂层，该类涂层在变形时有更好的韧性，不易开裂。如下图一为本小组研发的V基涂层制备态和磨损态截面组织形貌图片。(a) (b)图显示涂层晶界致密，失配角较小，说明界面结合强；(c)图显示涂层在1000米滑动磨损后，磨道仅在表面出现小团簇状的颗粒磨屑，而磨道处柱状晶完好，未见开裂，说明该磨损机制不是断裂失效主导的磨损，而是层状剥离的磨损模式（如下图所示），在该磨损机制下，磨损率低至10-17 m3/N m量级，达到"超级耐磨"状态。
（2）超弹性耐磨涂层
从三元相图出发设定涂层成分，围绕的涂层微观结构与弹性性能进行研究，获得弹性恢复R > 80% 的超弹性涂层，如下图三所示，测试表明该超弹性涂层具有优异的耐磨性能，磨损率低至1.8*10-16m3/N m，如下图所示。
2．"强韧一体化"涂层研究
在块体材料中，向陶瓷中添加金属可以提高材料韧性，实现强韧一体，典型的例子如WC/Co。但是，在陶瓷/金属复合涂层中，添加金属带来的增韧效果往往会大幅降低硬度，很难实现强韧一体。原因可能在于金属相的分布形态，一般情况下，金属相在陶瓷相内以弥散的形式分布，如下图为Ag颗粒在ZrN相内弥散分布形貌：
本课题组提出采用连续型金属相包裹陶瓷相的纳米复合结构，有可能实现涂层的"强韧一体化"。该结构设计思路需利用组元匹配关系来选择陶瓷/金属材料体系，使金属不仅容易从陶瓷内部析出，而且在析出后，能够在陶瓷的边界形成连续的金属相。课题组已成功制备了具有连续型金属相的陶瓷/金属纳米复合涂层，大幅提高了陶瓷类涂层的韧性。该类涂层典型的结构及前后性能对比如下图所示：
3．海洋环境用的耐蚀涂层研究
海洋装备和海洋工程长期处于严酷海洋环境下工作，服役中无法回避的问题是材料的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损。本课题重点研究防护涂层在机械磨损和电化学腐蚀相互耦合下的失效行为，通过对先进表面强化涂层的组分结构设计及物性调控研究，发展具有"强、韧、钝"功能一体化的耐蚀、耐磨蚀、自润滑涂层材料和表面强化技术，解决海洋工程建设和维护中所面临的材料问题，提高保护能力与延长服务寿命。课题组已成功制备Al/Al2O3复合涂层，解决了PVD氧化物耐蚀涂层沉积速率低的问题；同时该类复合涂层呈类非晶质地、十分致密、无PVD涂层的典型柱状晶结构，并且具有较好的耐腐蚀性，表现出明显的"自钝化"行为（如下图）。
