在海洋環境中長期服役的工程應用裝備材料經常會承受著磨損和腐蝕的協同作用，導致材料的損傷或者失效，這種磨損和腐蝕的耦合影響遠遠超過了單個因素對材料的累積效應。因此，耐蝕與耐磨一體化材料的開發對于延長海洋工程系統中材料的使用壽命并確保其安全運行是至關重要的。但傳統合金在提高耐磨性和耐腐蝕性的協同方面往往面臨著重大挑戰，這使工程應用上迫切地需要開發出新型耐磨蝕一體化的材料。

近日，中國海洋大學和山東科技大學的崔洪芝教授團隊與中南大學粉末冶金國家重點實驗室研究團隊通過激光熔覆技術制備出了(CoCrNi)87M8B4C(M: V/Nb)復合涂層，他們通過界面調控結合高熵合金（HEAs）的特征成分，并結合共格界面設計和高固溶度陶瓷增強涂層性能，所制備出的含Nb的涂層磨損率為1.28×10⁴mm³N^-1m^-1，顯著提高了涂層的耐磨性。且兩種涂層在腐蝕環境中都可以形成穩定的鈍化膜，這為發展耐磨耐蝕材料提供了一種新的策略。該研究結果于2025年6月29日在國際期刊《Journal of Materials Science & Technology》上被接收。

崔洪芝教授團隊采用激光熔覆技術制備出的兩種復合涂層同時增強了合金的耐腐蝕性和耐磨性，這種涂層的設計和制備側重于陶瓷增強相的原位生成、鈍化能力和微電偶腐蝕性能。其中含Nb涂層形成雙相強化結構，磨損率僅為1.28×10⁴mm³N⁻¹ m⁻¹。在腐蝕方面，含V和含Nb涂層的腐蝕電流密度分別為178nAcm⁻²和182nAcm⁻²，腐蝕導致了含Nb涂層在干摩擦和摩擦腐蝕條件下具有不同的磨損機理。

該研究以CoCrNi體系為基礎，采用激光熔覆技術制備(CoCrNi)₈₇M8B₄C(M:V/Nb)復合涂層，兩種涂層分別命名為M_V和M_Nb，并采用動電位極化（Tafel）、恒電位極化、電化學阻抗譜（EIS）和莫特-肖特基（M-S）分析來評估涂層的電化學行為。另外采用掃描開爾文探針顯微鏡（SKPFM）分析了不同相的功函數（WFs）特性，從熱力學和熱力學兩個角度分析了涂層的腐蝕機理。

① 涂層的微觀組織

兩種涂層都呈現出了枝晶狀微觀組織，在相形成方面，MV涂層是由FCC基體相和(Cr,V)23(B,C)6強化相組成，具有納米級層狀共晶結構，層間距約為200nm，而MNb涂層是FCC基體相、Cr₂₃(B,C)₆相和(Co,Ni,Nb)(B,C)相的三相共存結構，枝晶間區域呈塊狀共晶結構，其晶粒尺寸更小且枝晶間區域更大。此外，兩種涂層的強化相均與基體形成了良好的界面結合，其中MV中FCC相與(Cr,V)₂₃(B,C)₆相存在相干界面，而MNb中存在非晶區域，有效降低了界面能。

② 涂層耐腐蝕性能及其機制

 M_V和M_Nb涂層在3.5wt.%NaCl溶液中都可以自發鈍化，腐蝕電流密度分別為178和182nA?cm^-2且無點蝕現象。其中MNb涂層的耐蝕性更好且鈍化膜更厚，具有1.45MV?cm^-1的內電場強度，相比于MV的1.02MV?cm^-1更高。MNb涂層膜/溶液界面電位差更低，鈍化膜溶解速率更慢，表現出更優的耐蝕性。相干相界面和高固溶強化相減少了相間成分差異和電偶腐蝕，促進了均勻鈍化膜的形成，低相間電位差和高原子堆積密度進一步抑制了腐蝕的發生。

③ 涂層的耐磨性及其機制

MNb涂層的平均硬度為377HV0.2，與MV涂層的283HV0.2相比更高。MV涂層以粘著磨損為主，表面有明顯分層和磨屑堆積，MNb涂層以磨粒磨損為主，表面更光滑，分層區域顯著減少。納米級層狀共晶結構緩解了相間應力集中，延遲了磨損過程中表面裂紋的萌生，強化相的均勻分布和界面強結合（相干界面、非晶區域）進一步提升了抗磨損能力。