微米与纳米CeO2 颗粒对电沉积NiCo合金镀层微观结构、内应力及性能的调控机制研究

针对工件因环境交互导致的失效问题，研究人员通过电沉积技术将微米/纳米CeO2 颗粒引入NiCo合金镀层，系统探究其对镀层微观结构、内应力及性能的影响。研究发现，微米颗粒提升CeO2 含量（13.2 wt%）与表面硬度，纳米颗粒优化均匀性并增强耐蚀性，为高性能防护镀层设计提供新思路。

　　

在工业应用中，模具、齿轮等工件常因环境腐蚀或磨损导致失效，表面防护镀层成为关键解决方案。其中，NiCo合金以其优异的耐磨耐蚀性备受关注，但传统电沉积形成的柱状晶结构易降低镀层性能。尽管添加Y₂
O₃
、CeO₂
等氧化物可改善性能，但颗粒尺寸（微米vs纳米）对NiCo镀层的影响机制尚不明确。为此，上海交通大学等机构的研究人员通过对比微米（1-3 μm）与纳米（100 nm）CeO₂
颗粒对NiCo-CeO₂
复合镀层的影响，揭示了颗粒尺寸与性能的构效关系，相关成果发表于《Vacuum》。

研究采用电沉积技术制备三类镀层：纯NiCo合金镀层、含20 g/L微米CeO₂
的复合镀层及含20 g/L纳米CeO₂
的复合镀层。通过表面形貌分析（SEM）、元素分布（EDS）、X射线衍射（XRD）及电化学测试等手段，系统评估了颗粒尺寸对镀层特性的影响。

表面形貌
合金镀层呈现均匀的微观结构（图2a），而微米镀层因颗粒嵌入导致表面粗糙度升高（R_a
=204 nm），纳米镀层则更平滑（R_a
=133 nm）。EDS显示微米镀层CeO₂
含量更高（13.2 wt% vs 7.1 wt%），但纳米颗粒分布更均匀（图2e-f）。

微观结构
微米颗粒通过抑制柱状晶生长细化晶粒，而纳米颗粒进一步减弱织构（texture），促进微观结构均一化。XRD表明纳米镀层晶粒尺寸更小，且内应力分布更均匀。

性能表现
微米镀层因颗粒强化效应表现出更高微硬度，但纳米镀层凭借均匀结构具有更优耐蚀性。电化学测试证实纳米镀层腐蚀电流密度显著低于微米镀层。

该研究明确了颗粒尺寸对NiCo-CeO₂
镀层性能的差异化调控机制：微米颗粒侧重提升力学性能，纳米颗粒优化均匀性与耐蚀性。这一发现为针对特定工况（如高磨损或强腐蚀环境）定制镀层提供了理论依据，同时为多元复合镀层的设计开辟了新途径。研究团队特别感谢国家自然科学基金（U22A20207等）和上海市科委（23PJ1406600）的资助支持。