答辩博士：任安华
指导老师：康敏教授
论文题目：喷射电沉积制备Ni–B/WC@MoS₂复合涂层及其性能研究
答辩委员会：
主席：
薛金林教授/博导 南京农业大学
委员：
田宗军教授/博导 南京航空航天大学
徐晓美教授/博导 南京林业大学
何春霞教授/博导 南京农业大学
郑恩来教授/博导 南京农业大学
秘书：
王兴盛副教授/博导南京农业大学
答辩时间：2026年4月16日15点30分
答辩地点：滨江校区工学楼B446
论文简介：
在农业机械领域，旋耕刀、犁铧等触土部件在服役过程中面临严重的磨粒磨损与土壤腐蚀，导致部件早期失效、寿命缩短，造成巨大的经济损失与资源浪费。发展适用于复杂形状、兼具高效与高防护性能的表面强化技术，对提升农机触土部件的耐磨耐蚀能力具有重要工程意义。喷射电沉积技术通过高速射流局部强化传质，为制备高性能致密涂层提供了有效途径。其中，Ni–B合金涂层因其较高硬度和良好的耐腐蚀性能，展现出替代传统硬铬涂层的应用潜力。引入第二相纳米颗粒构建金属基复合涂层，是协同实现“高硬度、低摩擦、高耐蚀”的有效策略。然而，在喷射电沉积这一动态传质过程中，异质颗粒（WC与MoS₂）的稳定共沉积与界面调控、Ni-B合金主体相的工艺窗口构建、以及复合颗粒与超声外场的协同强化机制等关键科学问题尚不明确，制约了复合涂层性能的进一步提升。针对上述问题，本文通过材料设计与工艺调控相结合，采用水热法制备了WC@MoS2复合颗粒，并基于超声辅助喷射电沉积技术，制备了超疏水、耐磨耐腐蚀复合涂层，系统研究其组织结构、性能及机理，从而建立“结构-性能-机理”的内在关联。
研究的主要内容和成果包括：
（1）揭示了WC与MoS2在喷射电沉积中的协同作用规律及物理混合法的性能瓶颈。通过调控MoS2掺杂浓度，采用喷射电沉积技术制备了Ni/WC–MoS2复合涂层。结果表明，MoS2的引入显著改变了涂层表面形貌，形成具有“菜花状”和“结节状”特征的微纳结构，表面粗糙度为0.65 μm，并将涂层厚度从19.8 μm（未掺杂）增加至25.6 μm。同时，MoS2的引入促进了WC颗粒的共沉积。在MoS2浓度为5 g/L时，涂层中WC含量达到29.33 wt.%。该条件下涂层表现出较优的综合性能：显微硬度高达730.42 HV0.1，较Ni/WC涂层提升了47.15%；静态水接触角提升至132.5°，摩擦系数稳定在0.44，磨损率降低至7.44 × 104μm3/(N·m)，较Ni/WC涂层降低47.34%；腐蚀电位正移至−0.406 V，腐蚀电流密度低至1.93 × 10−8A·cm−2，腐蚀速率约为2.24 × 10−4mm/a。其耐磨性提升主要归因于MoS2形成的润滑转移膜及WC的承载作用，而耐蚀性能改善与表面疏水性增强及均匀腐蚀膜的形成密切相关。
（2）实现了涂层主体相由纯Ni向Ni–B合金的升级，并构建了Ni–B合金喷射电沉积的工艺窗口。通过单因素试验与正交试验相结合的方法，考察了电流密度、占空比、扫描速度、喷射距离、pH和温度等参数对Ni–B涂层微观形貌、物相结构、显微硬度及耐腐蚀性能的影响。综合极差分析与综合性能评价，确定较优工艺参数组合为：电流密度10 A/dm2、占空比60%、扫描速度24 mm/s、喷射距离1.5 mm、pH = 4.0、温度55 ℃。在该条件下制备的Ni–B涂层致密且均匀，显微硬度为1097.6 HV0.1，腐蚀电流密度为4.17 × 10−9A·cm−2，结合力达到30.8 N。同时，表现出较低的摩擦系数（0.319）和一定的疏水特性（静态水接触角达110.7°），表面粗糙度保持在0.059 μm。上述结果表明，该工艺参数组合在本研究条件下实现了力学性能与防护性能的较优平衡。
（3）采用复合颗粒与超声辅助协同策略，制备了超疏水耐磨耐腐蚀Ni–B/WC@MoS2复合涂层。通过水热法在MoS2片层表面实现WC颗粒的负载，获得分散稳定性较好的WC@MoS2复合颗粒。超声空化效应有效改善了复合颗粒的分散与共沉积行为。当超声功率为270 W、WC@MoS2浓度为1 g/L时，制备的Ni–B/WC@MoS2复合涂层表面呈现更显著的“结节状”结构，并表现出优异的超疏水特性（静态水接触角>150°），涂层的表面粗糙度为2.48 μm。该涂层显示出良好的摩擦学性能：平均摩擦系数约为0.29；在5.2 N载荷下，涂层的磨损率为5.86 × 104μm3/(N·m)，较未掺杂Ni–B涂层降低25.35%，同时维持较高的显微硬度（845.35 HV0.1）。在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡48小时后进行电化学测试，其腐蚀电位为−0.218 V，腐蚀电流密度为6.8 × 10−7A·cm−2，腐蚀速率约为8.0 × 10−3mm/a；该结果表明，在长时间浸泡条件下，超疏水表面稳定性降低，腐蚀行为逐渐由表面润湿特性转向由涂层本征结构主导。
（4）阐明了Ni/WC–MoS2与Ni–B/WC@MoS2两种复合涂层的腐蚀与磨损机理。通过系统对比腐蚀形貌、磨损形貌与成分变化发现，Ni/WC–MoS2涂层的耐蚀性主要源于MoS2掺杂诱导的微纳结构增强疏水性，进而在腐蚀介质中形成气膜屏障，并与致密钝化膜协同发挥防护作用；其磨损过程是MoS2形成润滑滑移膜、WC引发磨粒磨损，以及两者氧化生成MoO3和WO3氧化摩擦膜共同作用的结果，表现为磨粒磨损辅助的氧化磨损。而对于Ni–B/WC@MoS2涂层，其优异性能则得益于物理阻隔与结构功能双重机制：超疏水表面提供的物理阻隔作用，WC@MoS2复合颗粒延长Cl⁻的渗透路径；其优异的耐磨性则归因于复合颗粒在磨损过程中形成的富含Mo和W的稳定润滑剪切膜与氧化膜，使其磨损机制转变为以氧化磨损为主。
主要创新点如下：
本研究围绕农机触土部件耐磨耐蚀表面强化的关键问题，在材料设计、工艺方法与机理认知层面形成以下创新：
（1）材料设计创新：提出了WC@MoS2负载型复合颗粒的构筑策略，实现硬质相（WC）与润滑相（MoS2）的结构一体化，提升异质颗粒的相容性与分散稳定性，为“硬质-润滑”协同共沉积提供材料基础。
（2）工艺方法创新：发展了超声辅助喷射电沉积制备Ni–B基复合涂层的工艺体系，通过超声空化与声流效应协同强化复合颗粒“分散-输运-嵌入”过程并促进涂层致密化，实现复合涂层综合性能提升。
（3）机理认知创新：阐明了复合涂层通过“腐蚀介质曲折扩散阻挡（迷宫效应）”与“界面润滑-氧化复合膜形成”协同提升性能的作用机理。揭示WC@MoS2颗粒在Ni–B合金主体相中延长Cl⁻渗透路径，并在磨损中促进形成富Mo、W的稳定界面膜，从而抑制磨粒磨损，建立了清晰的“结构-性能-机理”关联。
