层状陶瓷材料MAX相因其独特的“类金属-类陶瓷”双重特性，兼具优异的导电导热性、高温稳定性和机械韧性，被视为下一代极端环境功能材料的理想候选。然而，MAX相涂层在高温抗氧化、海洋盐雾腐蚀及电化学腐蚀防护等环境损伤防护有限，极大限制了MAX相涂层的应用。

       鉴于此，团队在前期研究Ti₂AlC涂层高温防护的基础上，针对其在高温服役时，因金红石型TiO₂与Al₂O₃共存导致氧化皮易剥落、高温耐久性不足的问题，创新性提出“空位抑制”原子设计策略。通过固溶Zr、Nb元素，精准调控M位点钛空位的形成能。实验表明，当Zr、Nb固溶可有效抑制非保护性TiO₂氧化层的生长，并促进致密Al₂O₃保护膜的形成。高价态Nb⁵⁺比Zr⁴⁺更有效地阻断了钛空位的扩散通道，从而使涂层抗氧化寿命大幅提升。该研究为发展新一代长寿命高温防护涂层提供了全新的原子尺度设计思路（Corros. Sci. 2025, 257, 113351）。

       进一步，面向舰载机与船用发动机叶片在热盐蒸汽环境下面临的严苛腐蚀挑战，团队采用高功率同步脉冲磁控溅射技术，成功制备出具有强(11-20)基面择优取向的Cr₂AlC MAX相涂层。该取向结构可引导铝原子沿特定晶面快速扩散，在600℃腐蚀初期即形成连续、致密的无定形Al₂O₃钝化膜，有效阻断了Cr₂AlC基体的分解及有害相Cr₇C₃的析出。与传统的等轴晶涂层相比，这种取向化设计使涂层在模拟海洋环境中的腐蚀速率降低近一个数量级，为海洋装备的长效防护开辟了新路径（Corros. Sci. 2026, 258, 113395）。

       针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）金属双极板在强酸环境中长时间工况下导电耐蚀性能变差问题，团队通过Sn元素固溶改性Ti₂AlC涂层，巧妙构建了“SnO₂-Al₂O₃-TiO₂”三层钝化体系。在该体系中，外层SnO₂优先阻隔酸性介质的渗透，内层Al₂O₃-TiO₂则提供长效稳定的阻挡层，三者协同显著提升了涂层在模拟PEMFC工况（80℃，0.5 M H₂SO₄+ 5 mgL HF）下的耐腐蚀性与导电性能。这一设计成功破解了燃料电池金属双极板材料耐蚀性与导电性难以兼顾的行业难题，为其低成本、长寿命应用提供了可行的材料解决方案（Corros. Sci. 2025, 255, 113073）。

       基于以上研究，课题组系统梳理MAX相涂层从制备到性能研究到工程应用的全链条研究进展，并发表了综述封面论文（Mater. Horiz. 2025. 12, 1689-1710），全面解析211、312、413等晶型的成分-结构-性能关联规律，对比评述物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂及激光熔覆等制备技术的适用边界，并展望其在先进核能系统、空天推进装置及能源电化学器件中的潜在应用。该工作为高性能MAX相涂层的理性设计与规模化制备提供了系统性理论框架与技术路线图。

       上述系列研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金及浙江省、宁波市自然科学基金等多个项目的联合支持。

MAX相涂层的制备、性能研究与潜在应用示意图