不锈钢因其具有优异的机械性能而被广泛应用于各个工程领域中。但是在诸如海洋、化工等恶劣环境，特别是当不锈钢材料制品暴露在腐蚀和磨损的工况中时，其损伤程度明显提高，从而有提前失效的风险，大大增加了维护的成本，甚至限制了其的进一步应用。因此，开发在恶劣环境中仍然能够兼具优异耐腐蚀和耐磨性的高性能不锈钢是近年来海洋等领域的热门研究话题。

为了达到这两种性能之间的最佳平衡，在过去的研究过程中，研究人员在表面改性的材料成分设计上付出了大量的努力，一些研究人员提出了通过遗传设计方法开发耐腐蚀和耐磨涂层的策略，但该策略往往会伴随着硬度的降低，最终材料的整体性能不尽如人意。因此，如何在保持优异耐磨性的同时提高耐腐蚀性已成为一项重大挑战。

在本研究中，作者团队出了一种解决上述问题的策略，即用h-BN包裹有害的氧化物夹杂物，以解决氧化物引起的微电偶腐蚀效应并引入自润滑效应。团队首先通过热力学计算评估了这种结构的可行性，然后成功地实验合成了这种“氧化物@h-BN”核壳结构，并对该组织进行了全面表征，研究了其对腐蚀和磨损行为的影响。结果表明，该合金在摩擦腐蚀环境中表现出相当大的性能优势，这种设计范例为下一代具有卓越耐磨和耐腐蚀性的不锈钢开发提供了新的思路。

预测的原始样品和N合金样品的平衡相分数随温度的变化

在本研究中，团队以含B不锈钢粉作为原始材料，采用球磨法在不锈钢粉中加入含有16.9wt.%CrN和83.1wt.%Cr2N的0.5 wt.%氮化物粉末，采用LaserliNe LDF-80 0光纤激光器进行激光熔覆，基材为42CrMo钢。

使用配备能谱x射线光谱仪和拉曼光谱仪的扫描电子显微镜进行微观结构观察。用电子探针微量分析仪分析了轻元素（B、C、O和N）的分布。利用电子背散射衍射进行了相分布分析，使用透射电子显微镜检查详细的微观结构。利用ImageJ软件对氧化夹杂物进行了全面的统计分析。

电化学实验在ZahNer电化学工作站进行，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂板为反电极，抛光样品为工作电极，在3.5 wt.% NaCl溶液中，25°C下进行。采用纳米压痕仪获得了各试样的载荷-深度曲线。在摩擦磨损试验机上，以Si3 N4球(4 mm)作为摩擦副进行干滑动磨损试验。为了进一步研究样品在3.5% wt.% NaCl溶液中的磨损和腐蚀行为的相互作用。在磨损过程中，连续滴注3.5 wt.% NaCl溶液，进行滑动磨损试验。此外，使用摩擦磨损测试仪进行摩擦腐蚀试验，该摩擦磨损测试仪配备由铂板作为反电极和Ag/AgCl电极作为参比电极组成的三电极系统。

① 硬度与耐磨性能显著提升

N合金化样品的显微硬度提升至728 HV0.5，相比原始样品提高了约11%。滑动摩擦测试结果显示，N合金化样品的摩擦系数与磨损率均显著降低。h-BN层状结构在磨损过程中的润滑作用，以及细化高密度氧化物颗粒对位错运动的阻碍效应，是硬度与耐磨性的主要提升来源。

(a)平均硬度；(b)纳米压痕载荷-深度曲线；(c)压痕形态；(d)干滑动过程中的摩擦系数；(e)平均摩擦系数和磨损率；(f)原始试样和N合金试样的三维磨损形貌

(a, b)顶部和(c-f)横截面角度的磨损形貌。氧化层与基体界面的元素线剖面图:(g)原始样品，(h) N合金样品。(i)氧化层的拉曼光谱。(j)磨损机理图

② 耐腐蚀性能增强

h-BN壳有效地将氧化物颗粒与周围的基体隔离开来，防止了潜在微电偶的形成，这种封装结构增强了材料内部的氧化物在腐蚀性环境中的稳定性。即使氧化物因微电偶效应被优先溶解，h-BN壳也能够继续保护底层基体避免直接暴露在腐蚀介质中。在电化学测试与浸泡实验中也可以观察到，N合金化样品的点蚀电位提高超过0.3 V，同时其在FeCl3溶液中浸泡后的最大点蚀深度与腐蚀速率显著低于原始样品，EIS结果也进一步证明，N合金化样品其钝化膜在腐蚀介质中的长期稳定性要优于原始样品。

③ 优异的抗磨损-抗腐蚀协同能力

在摩擦-腐蚀复合作用环境中，N合金化样品表现出更低的摩擦系数和更快的钝化膜再生能力。h-BN壳作为固体润滑剂，在磨损过程有效降低摩擦系数。在腐蚀环境中，由于Cl−的存在，会增加了氧化层的脆性，形成初期腐蚀裂纹，但h-BN壳能够对氧化物起到一定的封装效果，减少该情况的出现，并在一定程度上隔绝腐蚀介质与基体的直接接触。

④ 微观结构调控机制

在凝固过程中，氧化物颗粒优先从熔池中析出，当温度降低到1530 K时，一些N和B原子反应形成h-BN，h-BN随后附着在氧化物颗粒上成核生长。这种吸附包裹结构有效阻碍了氧化物颗粒的后续进一步生长，同时又增加了氧化物颗粒的数量密度，增强了其带来的弥散强化的效果。

原始试样和N合金试样的显微组织特征

核壳结构的TEM分析