溶胶增强Ni-P-TiO2纳米复合涂层的沉积机理及其对涂层微观结构和性能的影响

Sol-enhanced plating method can in-situ fabricate nano-composite coatings with a highly dispersion of second phase nano-particles. This method can effectively avoid the nanoparticles agglomeration in the coating, resulting in significantly improved mechanical properties. In the present project, we will study the in-situ formation mechanism of TiO2 nano-particles, investigate the deposition mechanism of sol-enhanced Ni-P-TiO2 nano-composite coatings, and disclose the influence mechanism of second phase nanoparticles on the microstructure and property of nano-composite coatings. This project has a strong application background. We believe that the present research has important directive significance to the development of sol-enhanced nano-composite technology. The research outcome will supply an important theoretical value to the co-deposition mechanism of nano-composite coating and provide great scientific significance to the future research and development of new nano-functional materials and intelligent composite materials.

溶胶增强纳米复合镀技术通过在纳米镀层中原位引入第二相纳米粒子，可以有效的避免纳米颗粒的团聚，实现纳米颗粒的高度弥散分布，显著地提高涂层的力学性能。本项目将选取溶胶增强Ni-P-TiO2纳米复合涂层为研究对象，深入分析纳米TiO2颗粒的原位生成机制，研究溶胶增强Ni-P-TiO2纳米复合涂层的沉积机理，从深层次揭示第二相纳米颗粒对涂层微观结构和性能的影响机制。本项目具有很强的应用背景，对溶胶增强纳米复合镀技术的发展具有重要的指导意义，并将为完善和丰富纳米复合镀的共沉积理论奠定理论基础，对于未来研究和开发新型纳米功能材料和智能复合材料具有重要的科学意义。

溶胶增强纳米复合镀技术可以实现纳米颗粒在涂层基体中的高度弥散分布，有效避免纳米颗粒团聚，显著提高涂层性能。本项目以溶胶增强Ni-P-TiO2纳米复合涂层为研究对象，深入分析了溶胶纳米TiO2颗粒的原位生成机制，研究了溶胶增强Ni-P-TiO2纳米复合涂层的沉积机理，探讨了第二相纳米颗粒在沉积过程中对于涂层微观结构和性能的影响机制，并研究和开发了多种具有特殊应用前景的纳米复合涂层。研究表明：（1）TiO2溶胶加入到电解液中可以原位生成尺寸在3-20nm的TiO2非晶纳米颗粒，纳米颗粒的性质与电解液的pH值有关，受电解液温度的影响较小，不同pH值的电解液中溶胶的分散形式不同，纳米颗粒的大小与分布受搅拌速率的影响较大。（2）电解液中加入适量TiO2溶胶后，Ni-P合金的沉积峰电位正移，所需形核弛豫时间缩短，形核速度提高，对涂层的电沉积具有促进作用。电解液中加入过量的TiO2溶胶，Ni-P合金的沉积峰电位负移，所需形核弛豫时间增加，形核速度降低，对涂层的电沉积具有阻碍作用。(3) 当在Ni-P电解液中加入少量TiO2溶胶时，TiO2纳米粒子的弥散强化起主要作用。当加入适量TiO2溶胶时，可以实现良好的弥散强化和细晶强化效果，使得镀层的力学性能显著改善。但当加入过量的TiO2溶胶时，纳米颗粒易团聚并沿晶界分布，形成多孔结构，尽管晶粒尺寸不断减小，但仍会降低弥散强化效果，最终导致力学性能下降。（4）制备了多种纳米复合涂层，开发了综合性能优异的双层镍基纳米复合涂层。本项目的研究成果对于未来研究和开发新型纳米功能复合涂层和智能复合材料具有重要的学术研究价值和科学意义。