纳米CeO2颗粒对激光沉积Ni45涂层微观结构演变及摩擦学性能的调控机制与工程应用

本文系统研究了纳米CeO2颗粒在激光定向能量沉积（LDED）Ni45涂层中的关键作用，通过多尺度表征揭示了0.5 wt% CeO2的浓度阈值效应：实现晶粒细化（44%）、硬质相（Cr23C6/Cr5B3）空间分布优化及摩擦系数降低44.1%，为高应力工业场景的耐磨涂层设计提供理论依据。

　　

Highlight

纳米CeO₂颗粒对激光沉积Ni45涂层的微观结构演变与摩擦学性能展现出浓度依赖性调控。0.5 wt%的临界浓度通过三重机制实现协同增效：异质成核诱导44%晶粒细化、硬质相（Cr₂₃C₆/Cr₅B₃）含量显著提升并形成Ce稳定的纳米晶域。这些微观修饰使比磨损率降低85.9%，稳态摩擦系数下降44.1%。

Coating and metallographic structure analysis

如图4所示，未添加稀土的涂层呈现熔道不连续（表面粗糙度Ra=18.7±2.3 μm），而0.5 wt% CeO₂样品表面平整度提升42%。过量CeO₂会引发纳米颗粒团聚和枝晶生长，反而促进裂纹扩展。

Conclusions

研究证实：0.5 wt%纳米CeO₂通过固溶强化、Hall-Petch效应和Orowan位错钉扎等机制优化载荷网络；超过该阈值时，团聚诱导的应力集中占主导。这为工业耐磨涂层的精准设计提供了科学范式。