由于具有优异的耐磨性,Ni-Cr-WC涂层已经被广泛应用于表面工程领域。在服役过程中,表面剥落是Ni-Cr-WC涂层失效的主要原因。因此,本论文在Ni-Cr-WC涂层中加入CeO₂以提高Ni-Cr-WC涂层的致密度,改善其耐磨性,为进一步提高其使用寿命,扩大应用领域提供理论依据。本论文首先采用第一性原理分别对Ni、Cr、Ni₃Cr以及CeO₂的体相结构、表面模型以及界面模型进行优化。通过晶面错配度、界面形成过程中的能量变化和电荷分布情况对Ni/CeO₂、Cr/CeO₂以及Ni₃Cr/CeO₂的晶格匹配关系和界面特性进行计算。在此基础上,制备了Ni-Cr-WC和Ni-Cr-WC-CeO₂耐磨涂层。采用阿基米德排水法对涂层的致密度进行测量,并对两种涂层进行物相和耐磨性分析。计算结果表明:Ni/CeO₂及Ni₃Cr/CeO₂界面为半共格界面,Cr/CeO₂界面为共格界面。Ni/CeO₂界面的粘附功为-1.63 eV/?²<0,铺展系数为14.63 eV/?²>0;Ni₃Cr/CeO₂界面的粘附功为-3.94 eV/?²～-3.80 eV/?²,铺展系数为-5.48 eV/?²～-4.09 eV/?²。Ni和Ni₃Cr均不能在CeO₂表面自发润湿,Ni₃Cr与CeO₂界面能在4 eV/?2～5eV/?2,表现出良好的界面稳定性。界面处Cr原子与O原子可形成离子键,Ni原子与O原子可形成较弱的极性共价键。Cr原子的存在可以有效提高Ni原子在CeO₂表面的稳定性,促进金属间化合物NixCr在CeO₂表面以岛状生长并稳定结合。实验结果表明:加入CeO₂后,CeO₂分布在颗粒间隙位置,涂层中基体晶粒尺寸变得细小,无缺陷聚集区域,气孔率由5.86%降为0.35%。磨损过程中磨痕破裂情况得到明显改善,涂层磨损体积由14.56×106μm3降至7.31×106μm3,耐磨性明显提高。CeO₂的加入可有效抑制Ni晶粒的长大,促进Cr原子在颗粒间隙的扩散,并可作为基底促进金属间化合物NixCr的形成,改善涂层耐磨性。