近日，由金屬所王福會(huì)、樓翰一、朱圣龍、彭曉、李瑛等人完成的“納米材料的化學(xué)穩(wěn)定性”獲得2010年度遼寧省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
該研究是在國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院創(chuàng)新方向性項(xiàng)目支持下開展的，研究人員首次發(fā)現(xiàn)和在國際上報(bào)道了當(dāng)金屬材料晶粒尺寸達(dá)到納米晶尺寸時(shí)它具有比常規(guī)金屬材料更優(yōu)異的抗腐蝕性能的現(xiàn)象，并首次闡明了其核心機(jī)理是納米晶材料在腐蝕環(huán)境中可擇優(yōu)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的保護(hù)性最佳的氧化膜，從而提高了抗腐蝕性能。提出通過表面納米化方法實(shí)現(xiàn)“高溫合金自防護(hù)”新概念，突破了傳統(tǒng)的“改變表面成分”涂層設(shè)計(jì)理念，用在發(fā)動(dòng)機(jī)鎳基高溫合金葉片上取得了良好的效果。
研究人員對(duì)納米晶純金屬、模型合金、金屬間化合物、實(shí)用合金材料以及人工合成新型材料的腐蝕行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，闡明了納米晶材料獨(dú)特的耐蝕機(jī)理：
(1) 納米晶材料晶界多，因此其組元擴(kuò)散速率高，氧化膜形核點(diǎn)多，氧化膜形成過程幾乎不受動(dòng)力學(xué)因素制約，可迅速形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的、保護(hù)性和自修復(fù)性極佳的氧化膜。
(2) 納米晶材料及其表面氧化膜晶粒度小，有良好的塑性，更容易釋放應(yīng)力，從而提高了表面氧化膜的抗剝落性能。
(3) 納米晶材料耐蝕性能對(duì)材料雜質(zhì)效應(yīng)不敏感。納米晶界密度高，提高了雜質(zhì)組元在材料中的固溶度，降低了雜質(zhì)在氧化膜/材料界面的偏聚。
(4) 通過表面納米化使高溫合金能夠形成均勻致密的 -Al2O3保護(hù)膜，且其結(jié)合力比通常加入稀土元素的合金或涂層表面形成的氧化膜還高。
該研究在SCI雜志上發(fā)表論文120篇，共被他引969次。王福會(huì)研究員4次受本領(lǐng)域?qū)I(yè)核心雜志Oxidation of Metals的編委會(huì)邀請?jiān)趪膺M(jìn)行納米晶高溫涂層方面的講學(xué)，并多次在國際會(huì)議上作邀請報(bào)告。
在第11屆先進(jìn)材料制造大會(huì)上，專家認(rèn)為：“用磁控濺射方法獲得與基材合金同成分的納米晶涂層，是解決老問題的一種創(chuàng)新途徑，為高溫防護(hù)涂層的發(fā)展提出新的研究方向”。應(yīng)中科院邀請?jiān)u價(jià)知識(shí)創(chuàng)新工程的海外國際知名專家認(rèn)為：“腐蝕與防護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的人員通過應(yīng)用成分上與下墊金屬類似的（注：即與基體成分相同的）納米結(jié)構(gòu)的表面涂層技術(shù)解決了這個(gè)問題?！@項(xiàng)研究有巨大的商業(yè)價(jià)值?！眹抑攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科技部評(píng)估專家也認(rèn)為這些成果對(duì)推動(dòng)腐蝕防護(hù)涂層發(fā)展有重大意義。
