镍基金属陶瓷具有良好的耐磨耐蚀性能,硫化物薄膜对基体有良好的减摩性能,采用离子渗硫技术在镍基金属陶瓷表面原位制备硫化物薄膜以实现二者性能互补,对先进海洋装备的开发具有重要的意义。本文采用激光熔覆和离子渗硫技术,在镍基金属陶瓷表面制备了FeS、Cu₂S两种硫化物薄膜,研究了硫化物薄膜在镍基金属陶瓷表面的形核和生长机理,以及硫化物薄膜在不同工况下的减摩机理。获得的主要研究结论如下:采用激光熔覆技术,在45钢表面制备了无裂纹、气孔等缺陷的镍基金属陶瓷涂层,研究了涂层的组织结构和耐磨耐蚀性能。镍基金属陶瓷的主要物相为γ-（Fe,Ni）以及WC、（Fe,Cr）₇C₃等碳化物;在3.5%NaCl溶液中表现出良好的耐蚀性能。镍基金属陶瓷在干摩擦条件下减少了45钢的粘着磨损和块状剥落,磨损量降低至45钢的43%,磨损形式表现为固溶体相的塑性变形、犁沟磨损及碳化物的疲劳剥落。人工海水通过形成水膜等润滑作用提高了镍基金属陶瓷的耐磨性,使镍基金属陶瓷的磨损量降低至45钢的25%,磨损形式表现为均匀的犁沟磨损。研究了工作气体、基体表面纳米化、辅助阴极和渗硫温度对硫化物薄膜成分和形态的影响。Ar对阴极表面的溅射作用大于H₂,随Ar含量的减少,薄膜中的金属含量降低,S含量升高,薄膜的生长速度提高。对镍基金属陶瓷进行超声冲击,提高了硫化物薄膜的致密度,降低了硫化物的颗粒尺寸;减少了硫化物的形核中心,不利于硫化物薄膜厚度的增加。提高离子渗硫温度增加了硫化物的颗粒尺寸和S含量,以及薄膜致密程度和表面粗糙度。45钢辅助阴极有利于提高硫化物颗粒生长速度、硫化物薄膜厚度以及致密程度。通过优化离子渗硫制备工艺,获得了平均厚度为4μm的FeS复合薄膜,复合薄膜的主要物相为FeS、NiS和FeS₂。结合硫化物薄膜的物相分析和晶格错配度计算,研究了FeS复合薄膜的形核和生长机理。结果表明,由于溅射阈值较低,Fe首先被溅射出镍基金属陶瓷表面,形成的FeS与γ-（Fe,Ni）固溶体形成了完全共格,优先在固溶体表面形核并与其他硫化物聚集为岛,碳化物树枝晶表面形成大量空洞;不断形成的硫化物在硫化物岛表面沉积,使岛屿面积和厚度增加,同时在空洞内沉积并按照岛状模式逐渐填充空洞;填充后的空洞表面粗糙度较高,成为硫化物的形核中心,硫化物继续以岛状模式生长为以FeS为主要物相的复合薄膜。研究了铜辅助阴极对硫化物薄膜物相的影响,在230℃的渗硫温度下获得了厚度约12μm的Cu₂S复合薄膜,薄膜主要由Cu₂S、FeS、NiS和FeS₂组成。结合金属溅射产额和硫化物反应热力学计算,研究了Cu₂S复合薄膜的形核和生长机理。结果表明,由于溅射产额高于Fe、Ni等金属,Cu被溅射出辅助阴极表面,并在镍基金属陶瓷表面大量吸附,与活性S反应形成Cu₂S颗粒;由于晶格参数完全相同,新形成的Cu₂S沉积在薄膜的Cu₂S颗粒表面,使Cu₂S沿倾斜于基体表面方向生长为柱状形态;部分硫化物颗粒在柱状颗粒空隙处形核、长大并聚集为岛,使薄膜呈现柱状-岛状复合生长模式。在干摩擦、蒸馏水和人工海水工况环境下,讨论了镍基金属陶瓷硫化物复合涂层的耐磨性能以及硫化物薄膜的减摩性能。结果表明,与镍基金属陶瓷在人工海水中的试验结果相比,镍基金属陶瓷FeS复合涂层在三种环境中的磨损量分别降低了60%、68%和80%,摩擦系数分别降低了5%、22%和36%;镍基金属陶瓷Cu₂S复合涂层的磨损量分别降低了85%、78%和82%,摩擦系数分别降低了76%、30%和65%。FeS复合薄膜通过滑移起到良好的隔离作用,人工海水中的盐类以膏状形式沉积在薄膜表面形成保护膜,修复了浸泡导致的薄膜开裂,提高了FeS复合薄膜的承载能力和减摩性能。Cu₂S复合薄膜通过均匀覆盖在磨损表面有效隔离了摩擦副的接触,薄膜中的单质Cu以及膏状沉积物,共同降低了海水浸泡对Cu₂S复合薄膜的不利影响。