海洋、核能、空天等高技术领域重大机械工程装备的失效主要源于关键结构和运动部件的疲劳、磨损和腐蚀，本质受严苛服役工况下的热、力、盐多因素耦合损伤。MAX相是一类分子式为M_n+1AX_n的非范德瓦尔兹型层状化合物，M-X亚层以共价键为主和M-A亚层以金属键为主，独特的层状结构和混合成键方式使其兼具金属和陶瓷的优异性能，如导电导热、耐疲劳、抗氧化、耐腐蚀等，在严苛环境表面防护领域受到广泛关注。然而，MAX相涂层低温可控制备难、多环境腐蚀损伤规律不明、高强韧协同调控挑战大，极大限制了MAX相涂层的应用。

鉴于此，团队前期发展了基于特殊晶体学关系（[]M-X//[110]MAX）前驱体设计，结合后续退火热力学调控的MAX相涂层低温制备新思路，降低成相能量势垒，实现了系列211系Al基MAX相涂层的低温可控制备，并通过原位TEM/XRD技术揭示了Al逐步插入前驱体的低温成相机制（J. Mater. Sci. Technol. 2025, 206, 176–184; Corros. Sci., 2024, 228, 111820; J. Mater. Sci. Technol. 2023, 143, 140）。进一步，又采用兼具高离化和高等离子体密度的高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术，提高溅射粒子的动力学扩散和迁移能力，构筑有序致密TiAl_x晶态涂层，经700 °C退火（传统＞800 °C），突破了312系Ti₃AlC₂ MAX相的高纯可控制备，有效拓展了MAX相涂层在温度敏感基体上的应用（J. Eur. Ceram. Soc. 2023, 43, 4673-4683）。

其次，团队选择与“海洋金属”钛合金物理与力学性能匹配的Ti₂AlC MAX相涂层，率先揭示出在海洋高温环境（600 ℃）下，NaCl盐引发电化学腐蚀，形成化学-电化学级联反应的Ti₂AlC涂层加速腐蚀机制。重要的是，高活度Al在缺陷处选择性氧化，实现腐蚀层缺陷自修复，赋予涂层优异的抗热-盐腐蚀性能（Corros. Sci., 2021, 192, 109788）。针对更为严苛的质子交换膜燃料电池酸性环境，团队通过实验结合理论计算，筛选出（103）易钝化晶面，并优化设计出强（103）择优Cr₂AlC MAX相涂层，实现高耐蚀导电功能协同（腐蚀电流密度: 2×10^-2 μA cm^-2; 界面接触电阻: 3.16 mΩ cm²），优于于美国DOE 2030标准（J. Mater. Sci. Technol., 2022, 105, 36; 发明专利 202010577774.6; PCT/CN2021/098520）。

MAX相材料虽是极具潜力的化学-电化学防护涂层材料体系，但M-A金属键的存在使其硬度偏低，长c/a比的密排六方结构导致其非基面滑移难启动、缺乏独立滑移系、易产生“扭结带”层状裂纹，延展性差，如何实现MAX相材料强度和延展性的同步大幅提升是该领域的一大难题。另外，MAX相涂层的微纳尺度力学损伤机理尚未被揭示。

近日，团队基于前期基础，制备了晶粒尺寸~88 nm的高纯Cr₂AlC MAX相涂层，采用微米柱压缩技术，实现了在单轴压缩条件下的准原位力学性能表征。研究发现，除体材料变形过程中常见的基面滑移外，在纳米尺度MAX相材料变形过程中，可以激活非基面滑移，产生变形孪晶，同时变形区晶粒细化，实现5 GPa超高屈服强度的同时，塑性变形量超12.5%。本研究不仅为克服MAX相材料强度-延展性的倒置关系提供了新的思路，也启发通过晶粒尺寸调控设计高强度与良好塑性变形能力的高性能陶瓷材料。相关研究结果以“Ultrahigh strength-ductility of nanocrystalline Cr₂AlC coating under micropillar compression”为题，发表在Scripta Mater. 2023, 235, 115594上。

上述工作得到了国家杰出青年科学基金项目（52025014）、国家自然科学基金（52171090, 52101110, 52101109）、区域联合基金重点项目（U22A20111）和宁波市自然科学基金（202003N4025, 2021J220）等的支持。

图1. 高离化HiPIMS技术实现312系Ti₃AlC₂ MAX相涂层700 ℃制备

图2. Ti₂AlC MAX相涂层经热-盐耦合腐蚀75 h后腐蚀层缺陷自修复

图3. 超强韧Ti₂AlC MAX相涂层的微纳变形机制