近日，北京科学技术委员会公布了提名2018年度国家科学技术奖项目，中国人民解放军陆军装甲兵学院、清华大学联合完成的“装备关键零件表面涂层受控成形与高效服役机理”拟申报2018年国家自然科学奖二等奖。

该项目围绕现代战争对武器装备高可靠、长寿命、自适应等性能的重大需求，深入研究了装备关键机械运动部件、光电功能部件表面涂层的使役机制、成形方法和安全服役等基础科学问题，在表面涂层创新设计、可控成形与服役安全方面取得了系列原创性研究成果，在装备服役性能提升中获得重要突破。

在系统揭示工程材料磨损原理和固体润滑材料减摩抗磨机制基础上，提出了机械摩擦运动部件表面涂层成分、结构和应力协同设计理论，实现了系列减摩耐磨涂层高硬度与强韧性、高耐磨与低剪切、强结合与低应力、低环境敏感和高温度适应的协同匹配，满足了军用装备复杂苛刻工况使用需求。在揭示同类异构复合相的掺杂替位机制和光生载流子的受激生成、输运行为的基础上，对薄膜中关键功能相生成的热力学条件赋予和动力学过程控制，实现了薄膜理化性能的跨越式提升。

表面涂层是赋予机械产品或零件表面特定服役性能的有效物质载体，在国防军工、精密制造等领域发挥着重要作用。该项目以陆军主战装备关键零部件表面机械性能提升和光电功能创成为目标，围绕表面涂层的使役机制、失效机理、成形方法和服役安全等科学技术难题进行了近30年持续研究，主要科学发现如下：

1.发现了装备表面涂层高效服役的宏微观机理，建立了系列涂层微纳结构设计理论与方法。研究揭示了装备零件表面涂层中关键功能相的服役机理、涂层内部子层间作用机制和涂层基体表界面效应，提出了系列涂层设计思路、设计准则及其重要共性基础理论。构建了装备零件涂层结构、材料、应力协同设计准则，通过系统应用梯度多层、渐进过渡、软硬交替涂层设计理论，创新设计了微纳米级厚度均匀覆盖、纳米级精度调制叠层、纳米晶颗粒搭接堆垛和多功能复合的机械摩擦涂层和光电功能涂层，实现了涂层服役性能的跨越式提升。

2.揭示了系列涂层成形生长热力学基础和动力学过程，建立了装备表面涂层受控成形理论和精细构筑方法。阐明了涂层成形生长控制热力学基础，提出了系列涂层精细构筑方法。揭示了金属硫化物润滑薄膜扩渗成形原理，建立了涂层生长动力学模型。揭示了摩擦闪温作用下硫化物润滑相的键离键合机制和氧化物润滑相的动态生成机理。揭示了同类异构复合、掺杂对半导体氧化物光电薄膜组织结构和载流子生成、湮灭和输运转移行为的作用机制，实现了涂层光电性能和反应活性的大幅提升。研发了高效环保的系列涂层精细成形方法。

3.建立了多信息融合的涂层质量检测和状态监测理论与方法，实现了涂层极端工况下安全持久服役。建立了电、热、声、磁、力多物理信息复合映射的涂层质量检测理论与方法。研制了电磁涡流测厚、主动红外测缺陷、压入加声发射测结合强度、纳米压痕测残余应力系列方法。基于涂层服役状态与内部微区磁畴、电畴偏聚和声发射弹性波释放的映射关系，实现了涂层运行中的健康监测和动态寿命预测。

该项目出版中英文著作8部，发表SCI论文245篇、EI论文142篇。8篇代表作SCI他引494次，总他引1889次。受到美国工程院院士Marks、欧洲科学院院士Federico，中国科学院院士温诗铸、赵东元，中国工程院院士薛群基、付贤智等26位国内外院士的正面引用，并在Adv. Mater.、Nano Today等权威刊物的综述性文章中被作为亮点评述。项目组成员分别获得中国摩擦学最高成就奖、杰出贡献奖，受国家“杰青”资助并获“特优”结题，入选国家百千万人才工程和“万人计划”等。项目组成员在国内外大会上作特邀报告50余次。

该项目获发明专利18项，解决了以我军新型主战坦克、武装直升机为代表的“杀手锏”武器装备机械运动部件的可靠润滑难题和光学精密器件的恶劣环境自适应难题。相关成果获教育部技术发明一等奖和北京市科学技术二等奖。（涂界）