图1. 耐高温抗氧化涂层研究概念图

图2. 室温到1700℃氧化后涂层表面的氧化膜形貌表征

太空采矿技术对航天设备尖端部件材料的服役温度和寿命提出了更高的要求，与传统镍基合金相比，铌合金在高温下具有极其优异的强度，因此它也被认为是最有潜力的高温应用材料之一。尽管铌在室温下表现出较高的化学稳定性，但温度升高会导致其发生致命的氧化，这也极大地阻碍了铌及其合金在高温下的应用。因此，亟需采用必要手段保护并提高铌及其合金的高温性能，而使用抗氧化涂层技术并研究其高温阻氧特性则具有重要的意义。MoSi₂作为一种典型的高温硅化物，被广泛应用在工业高温电炉中以作为核心加热元件——硅钼棒，随着工业化进程的不断推进，硅钼棒每年的需求量都在持续上升，大量高温服役后失效的硅钼棒被遗弃，造成严重的资源浪费和环境污染，因此亟需采取相对应的措施，结合废弃硅钼棒的本征特性对其进行合理利用。

本着废弃硅钼棒“全物质利用”以及“高温原位成膜”的思想，材料与物理学院固废利用与高性能陶瓷团队朱路博士、冯培忠教授与香港理工大学张诗鹏助理教授合作，基于废弃硅钼棒的再利用，系统探究了掺杂ZrSi₂和SiC等相对铌金属表面MoSi2基涂层高温抗氧化性能的影响机制。研究发现，由于引入具有低热膨胀系数的第二相，烧结后复合涂层呈现无裂纹的致密形貌，且形成了能够强化涂层和基体之间结合性的扩散层。此外，MoSi2涂层的氧化膜在1700℃时产生了具有孔隙和裂纹的圆形多孔Mo5Si₃相，而在经历长时间的高温氧化后，复合涂层的Zr-Si-O复相氧化膜呈现出致密、无裂纹的形貌，因此表现出优异的1700℃高温阻氧性能。相关研究成果在国际知名期刊《Composites Part B: Engineering》以“Recycling of MoSi₂-based industrial solid wastes for the fabrication and high-temperature oxidation behavior of MoSi₂–ZrSi₂–SiC composite coating”为题公开发表。朱路博士为第一作者，中国矿业大学冯培忠教授及香港理工大学张诗鹏助理教授为共同通讯作者。

《Composites Part B: Engineering》目前的影响因子为13.1，属于中国科学院分区一区TOP期刊，在Web of Sciecne上的ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY领域排名第一（1/90），主要刊载工程领域复合材料的设计、性能、应用等相关的前沿研究。

该课题得到国家自然科学基金委（51874305，52272055）的支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836824000921。