納米TiO2顆粒對Ni-W-P合金鍍層性能的影響

王小紅，劉豪，蔣焰罡，李子碩，蘇鵬，龍武，王水波

納米TiO2顆粒對Ni-W-P合金鍍層性能的影響

王小紅1，劉豪1，蔣焰罡1，李子碩1，蘇鵬2，龍武2，王水波3

（1.西南石油大學，成都 610500；2.中國石油化工股份有限公司 西北油田分公司 石油工程技術研究院，烏魯木齊 830000；3.重慶大學，重慶 400030）

探究納米TiO2顆粒對Ni-W-P鍍層組織結構、耐蝕性與耐磨性能的影響，提高2024鋁合金管材的耐蝕性。使用化學鍍的方法在2024鋁合金表面制備了Ni-W-P/TiO2納米復合鍍層，通過SEM、EDS、XRD表征了鍍層的表面形貌、表面元素分布以及鍍層物相。對比了傳統Ni-W-P鍍層與所制備Ni-W-P/TiO2納米復合鍍層的顯微硬度與耐磨性。加入納米TiO2顆粒后，鍍層表面變得更加致密，晶粒得到細化。EDS結果表明，納米TiO2顆粒在鍍層中分布均勻。物相分析表明，鍍層為晶態結構，加入納米TiO2顆粒后，鍍層平均晶粒尺寸為9.706 nm，比Ni-W-P鍍層的晶粒尺寸減小了0.612 nm。失重試驗表明，Ni-W-P/TiO2納米復合鍍層在Cl–為2×105mg/L的地層水中具有較強的耐蝕性，腐蝕速率為0.1062 g/(m2?h)，與Ni-W-P鍍層的腐蝕速率相比，減少了21%；與Ni鍍層的腐蝕速率相比，減少了31%；與2024鋁合金的腐蝕速率相比，下降了69%。電化學測試結果表明，Ni-W-P/TiO2納米復合鍍層的自腐蝕電位較Ni-W-P鍍層、Ni鍍層以及2024鋁合金分別正移了0.0813、0.1668、0.4141 V，腐蝕傾向更低。與Ni鍍層、Ni-W-P鍍層相比，Ni-W-P/TiO2納米復合鍍層具有最高的顯微硬度（535.6HV）以及耐磨性（0.1942 mg/min）。納米TiO2顆粒的加入可以減小鍍層的晶粒尺寸，使鍍層表面更加致密，同時提高鍍層的硬度，增強鍍層的耐蝕性與耐磨性。

2024鋁合金；化學鍍；Ni-W-P鍍層；納米TiO2；復合鍍層；微觀組織；耐蝕性

鋁合金具有比強度高、硬度低、擠壓成形性能好、價格低廉、在CO2和H2S介質中耐蝕性良好等優點，是最有潛力的鋼質鉆桿、油管、套管的替代材料[1-3]。但鋁合金在含Cl–的地層水中易發生強烈的點蝕，這限制了鋁合金在高礦化度地層水的油田中的使用。

鎳基合金鍍層具有良好的耐蝕性、耐磨性。Ni-W-P鍍層作為應用最廣泛的三元鎳基鍍層，在21世紀得到了廣大學者的青睞，其研究熱點之一是利用納米材料的表面效應、小尺寸效應，通過添加不同種類的納米顆粒，獲得耐蝕性與力學性能優異的納米復合鍍層[4-10]。周紹安等[11]采用電沉積的方法在黃銅表面制備了Ni-ZrO2復合鍍層，發現納米ZrO2微粒可細化復合鍍層的晶粒，且使鍍層更致密。劉志遠等[12]將納米Al2O3摻雜于錫鍍層中，顯著提高了錫基復合鍍層的自腐蝕電位。C. R. Raghavendra等[13]通過電沉積的方法將納米Al2O3嵌入Ni鍍層中，大幅提高了Ni鍍層的耐磨性。

納米TiO2具有硬度高、密度大、化學穩定性以及熱穩定性良好的特點，在涂層材料領域得到了廣泛的應用[14-16]。但是，關于納米TiO2應用于Ni-W-P鍍層的報道較少，納米TiO2對Ni-W-P鍍層耐蝕性的影響規律和作用機理尚不明確。本文擬通過化學鍍的方法將納米TiO2顆粒添加到Ni-W-P鍍層中，制備得到Ni-W-P/TiO2復合鍍層，重點研究了納米TiO2顆粒對Ni-W-P鍍層耐蝕性、硬度、耐磨性的影響，為Ni-W-P/TiO2復合鍍層的工業化生產和大規模應用提供理論基礎。

1 實驗

1.1 鍍層制備

本實驗使用的基材為2024鋁合金，試樣尺寸為25 mm×20 mm×2 mm。對試樣表面進行預處理，依次用400#、600#、800#、1200#砂紙打磨至表面無劃痕，之后使用20 g/L Na2CO3+5 g/L NaOH溶液除油，再在10%HCl溶液中除銹，在5%HF溶液中活化處理，經去離子水沖洗后進行化學鍍。鍍液成分及工藝參數見表1與表2。實驗所用納米TiO2顆粒購于成都市科隆化學品有限公司，粒徑為5～10 nm。實驗所用試劑均為分析純。

表1 化學鍍液成分

Tab.1 Composition of electroless plating bath

表2 化學鍍工藝參數

Tab.2 Process parameters of electroless plating

取100 mL配好的化學鍍液倒入燒杯并置于磁力攪拌機中，使磁力攪拌機中的水平面高于鍍液平面，設定溫度為80 ℃。打開加熱與磁力攪拌開關，將預處理完的試樣放入鍍液中，開始施鍍。施鍍2 h后，將試樣取出并烘干。同時，以相同的工藝參數制備Ni-W-P鍍層與純Ni鍍層，Ni-W-P鍍層的鍍液成分除了無納米TiO2顆粒外，其他成分均與表1相同。純Ni鍍層的鍍液成分除了無納米TiO2與Na2WO4外，其他成分均與表1相同。

1.2 鍍層性能表征

使用ZEISS-EV0-MA15型場發射掃描電子顯微鏡觀察鍍層表面形貌。使用X-MaxNX型能譜儀測定鍍層中元素的含量。采用DX-2700型號X射線衍射儀對鍍層進行物相分析，測量角度（2）為20°～80°，步長0.02°，掃描速度10 (°)/min，用Jade軟件分析物相。

采用PGSTAT 302N型電化學工作站進行塔菲爾曲線測定，測試體系為三電極體系，鍍層試樣為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，腐蝕介質為含2×105mg/L Cl–的地層水溶液，試樣測試面積為1 cm2，電位掃描范圍為開路電位±500 mV，掃描速度1 mV/s。

通過失重法表征鍍層的耐蝕性，將2024鋁合金試樣、Ni-W-P鍍層試樣以及Ni-W-P/TiO2復合鍍層試樣放入高礦化度地層水溶液中浸泡，溶液溫度保持100 ℃，浸泡時間為72 h。浸泡結束后，觀察試樣宏觀形貌并稱取試樣質量，計算腐蝕速率。

使用HVS-1000型數顯顯微硬度計測試鍍層的維氏硬度。使用M-2000滑動磨損試驗機表征鍍層的耐磨性能，對磨環材料為P110鋼，外徑為35 mm，磨環轉速為200 r/min，加載應力為50 N，測試時間為120 min。使用多功能材料表面性能試驗機測試鍍層金屬表面摩擦系數，試樣尺寸為20 mm×25 mm× 2 mm，載荷為20 N，摩擦長度為5 mm，實驗時間為20 min，往復摩擦頻率為50 mm/min。

2 結果與討論

2.1 Ni-W-P/TiO2復合鍍層表面形貌與成分分析

圖1為Ni-W-P鍍層與Ni-W-P/TiO2復合鍍層的表面形貌。由圖1可以看出，化學鍍Ni-W-P鍍層合金表面為典型的胞狀結構，添加TiO2后，鍍層表面形貌發生改變（圖1b所示），Ni-W-P/TiO2復合鍍層的胞狀結構更加致密，且分布均勻。這主要是由于鍍液中的納米TiO2可作為異質形核的核心，提供了更多的形核點，從而使得鍍層結構致密緊湊。

圖2為Ni-W-P/TiO2復合鍍層的EDS面掃描元素分布情況，結合表3中各元素占比可以看出，鍍液中的TiO2成功成為鍍層的組成部分且在鍍層中分布均勻。

圖1 Ni-W-P鍍層與Ni-W-P/TiO2復合鍍層的表面形貌

圖2 Ni-W-P/TiO2復合鍍層面掃描能譜圖

表3 Ni-W-P/TiO2復合鍍層表面元素占比

Tab.3 Proportion of elements of Ni-W-P/TiO2 composite coating surface

2.2 Ni-W-P/TiO2復合鍍層的物相分析

圖3為純Ni鍍層、Ni-W-P鍍層和Ni-W-P/TiO2復合鍍層的XRD圖譜。金屬鎳的三強線峰位分別為2=44°、65°、78°，對應(111)、(200)、(220)晶面，鍍層結構為晶態結構。對比Ni-W-P鍍層的XRD圖可以看出，Ni-W-P鍍層的衍射圖中出現了Ni(111)晶面的衍射峰，且Ni(200)、(220)晶面的衍射峰強度急劇下降。這主要是由于W和P元素的加入，使得Ni鍍層的生長狀態發生了改變，Ni鍍層吸附了W、P或納米TiO2顆粒后，阻礙了原本Ni晶粒的生長[17]。由Ni-W-P/TiO2復合鍍層的XRD圖可以看出，Ni-W-P/TiO2復合鍍層只出現了一個衍射峰，Ni(200)、(220)晶面的衍射峰完全消失，說明納米TiO2的加入抑制了鍍層中Ni(200)、(220)晶面的生長，使得鍍層晶化程度降低，呈現一定的非晶態特征。這是由于合金鍍層中各金屬元素原子半徑差異較大，各金屬原子競爭表面活性質點，導致無序堆積的程度加大，使鍍層晶粒的結晶程度降低[18]。

圖3 三種鍍層的XRD圖

在Ni-W-P鍍層和Ni-W-P/TiO2復合鍍層中，均未檢測到W與P的物相，這說明W和P這兩種元素均固溶在Ni的面心立方晶格中。因為W的原子半徑為0.257 nm，P為0.120 nm，Ni為0.124 nm，W與P不能進入Ni晶格中的間隙，只能置換晶格中的Ni原子，成為置換固溶體。

根據Scherrer公式（式(1)）計算出Ni-W-P鍍層與Ni-W-P/TiO2復合鍍層的平均晶粒尺寸，如表4所示。從表4可見，兩種鍍層的晶粒尺寸均為納米級別，Ni-W-P/TiO2復合鍍層的晶粒尺寸為9.7060 nm，比Ni-W-P鍍層的晶粒尺寸減小了0.612 nm，即隨著TiO2的加入，鍍層晶格發生畸變，晶粒尺寸略有減小。

式中：為晶粒尺寸，單位為nm；為Scherrer常數，一般取0.89；為X射線波長，一般取0.154 056 nm；為衍射峰半高寬，單位為rad；為衍射角。

表4 Ni-W-P/TiO2復合鍍層和Ni-W-P鍍層晶粒尺寸

Tab.4 The grain size of Ni-W-P/TiO2 composite coating and Ni-W-P coating

2.3 Ni-W-P/TiO2復合鍍層的耐蝕性分析

2.3.1 失重實驗

圖4為Ni-W-P/TiO2復合鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金在含2×105mg/L Cl–的地層水溶液中的失重實驗結果。由圖4可見，Ni-W-P/TiO2復合鍍層的腐蝕速率為0.1062 g/(m2?h)，分別比2024鋁合金、Ni鍍層、Ni-W-P鍍層的腐蝕速率下降了69%、31%、21%。Ni鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni-W-P/TiO2復合鍍層的耐蝕性依次增加，其主要原因是：W元素、P元素的摻雜使Ni晶體結構發生了變化，晶化程度降低，晶界等晶體缺陷減少，使Ni-W-P鍍層的耐蝕性較Ni鍍層提高；添加納米TiO2后，納米TiO2顆粒為鍍層提供了更多形核點，使晶粒細化，胞狀組織增多，TiO2顆粒填充于Ni-W-P鍍層的間隙中，使鍍層更致密，這種致密的胞狀組織能更好地阻擋腐蝕介質，防止介質中的Cl–穿過鍍層與內部的2024鋁合金接觸，因此Ni-W-P/TiO2復合鍍層的耐蝕性較Ni-W-P鍍層進一步提高[19]。

圖4 三種鍍層與2024鋁合金在地層水中的腐蝕速率

圖5為Ni-W-P/TiO2復合鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金在含Cl–的地層水溶液中浸泡腐蝕后的表面宏觀形貌。由圖5可見，2024鋁合金發生了較為嚴重的點蝕，表面有Ni鍍層的試樣出現了局部的點蝕，表面有Ni-W-P鍍層的試樣有少量點蝕，表面有Ni-W-P/TiO2復合鍍層的試樣表面未發現點蝕坑。

圖5 鍍層與基材浸泡前后宏觀形貌

2.3.2 極化曲線

圖6為Ni-W-P/TiO2復合鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金在地層水溶液中的動電位極化曲線，表5是根據Tafel直線外推法計算出的自腐蝕電流密度與自腐蝕電位。結合圖6和表5可知，Ni-W-P/TiO2復合鍍層的自腐蝕電位為–0.5174 V，比Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金分別正移了0.0813、0.1668、0.4141 V，腐蝕傾向最小；Ni-W-P/TiO2復合鍍層的自腐蝕電流密度為2.38×10–6A/cm2，比Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金分別減小了0.01×10–6、0.03×10–6、0.04×10–6A/cm2。添加納米TiO2后的Ni-W-P鍍層在地層水中的自腐蝕電位最正，自腐蝕電流最小，耐Cl–腐蝕性能最好。

圖6 三種鍍層與2024鋁合金的動電位極化曲線

表5 鍍層極化曲線電化學參數

Tab.5 Electrochemical parameters of polarization curve of coating

2.3.3 交流阻抗譜

圖7為Ni-W-P/TiO2復合鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金在地層水溶液中的交流阻抗譜。由圖7可見，2024鋁合金的阻抗譜為兩段容抗弧，這是由于鋁合金表面包覆著一層Al2O3氧化膜，在測試過程中，地層水溶液中的Cl–會破壞2024鋁合金表面的氧化膜，導致2024鋁合金繼續被腐蝕。Ni鍍層的阻抗譜由一段容抗弧組成。Ni-W-P鍍層及Ni-W-P/TiO2復合鍍層的阻抗譜均由容抗弧和感抗弧組成，Ni-W-P/TiO2復合鍍層的容抗弧半徑最大，表明其阻抗最大，耐蝕性最好，而低頻感抗弧則對應電極表面的吸附作用[20]。

圖7 三種鍍層與2024鋁合金的阻抗譜

2.4 Ni-W-P/TiO2復合鍍層的硬度與耐磨性分析

圖8為Ni-W-P/TiO2復合鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni鍍層與2024鋁合金的硬度測試結果。Ni-W-P/TiO2復合鍍層的顯微硬度達到了535.6HV，分別比2024鋁合金、Ni鍍層、Ni-W-P鍍層的顯微硬度高428.4、338.8、182.9HV。Ni鍍層、Ni-W-P鍍層、Ni-W-P/TiO2復合鍍層的顯微硬度依次增加，其主要原因是：W是一種硬質金屬，本身硬度較大，且W原子與Ni原子之間具有很強的結合力，在化學鍍過程中，W與Ni發生共沉積，從而提高了鍍層抵抗局部塑性變形的能力[21]。同時W與P的加入，使得Ni晶格發生畸變，增加了鍍層的位錯阻力，從而增強了鍍層的硬度，所以Ni-W-P鍍層的顯微硬度較Ni鍍層高[22-23]；納米TiO2顆粒在化學沉積過程中能夠提供更多的形核核心，使鍍層晶粒得到細化，同時納米TiO2顆粒硬度高且彌散地分布于鍍層中，從而使Ni-W-P/TiO2復合鍍層的硬度在Ni-W-P鍍層的基礎上進一步提高。

圖8 三種鍍層與2024鋁合金的顯微硬度

圖9為2024鋁合金、Ni鍍層、Ni-W-P鍍層以及Ni-W-P/TiO2復合鍍層的磨損失重曲線，根據該曲線計算出其磨損速率分別為0.9520、0.6117、0.4285、0.1942 mg/min。Ni-W-P/TiO2復合鍍層的磨損速率最小，僅為2024鋁合金的20%、Ni鍍層的32%、Ni-W-P鍍層的45%。其可能的原因為，納米TiO2顆粒具有減摩作用，減小了Ni-W-P/TiO2復合鍍層的摩擦阻力，如圖10所示，Ni-W-P/TiO2復合鍍層的平均摩擦系數為0.069，比2024鋁合金（0.104）、Ni鍍層（0.091）以及Ni-W-P鍍層（0.079）均小[24-25]。此外，納米TiO2顆粒具有強化作用，可以提高Ni-W-P/TiO2復合鍍層的顯微硬度（如圖8所示），使鍍層具有更強的抵抗塑性變形的能力，在摩擦過程中，變形量更小，磨損率低。

圖9 三種鍍層與2024鋁合金磨損失重曲線

圖10 三種鍍層與2024鋁合金摩擦系數曲線

3 結論

1）納米TiO2顆粒的加入未改變Ni-W-P鍍層的晶體結構，TiO2顆粒只是機械式均勻地摻雜在鍍層中，使鍍層表面更加致密，但納米TiO2顆粒的加入可細化Ni-W-P/TiO2復合鍍層的晶粒，制備得到的Ni-W-P/TiO2復合鍍層的平均晶粒尺寸為9.706 nm，比Ni-W-P鍍層的晶粒尺寸減小了0.612 nm。

2）Ni-W-P/TiO2復合鍍層在Cl–為2×105mg/L的地層水中，自腐蝕電位比Ni-W-P鍍層正移了0.0813 V，其腐蝕傾向明顯降低。失重試驗表明，Ni-W-P/TiO2復合鍍層在溫度為100 ℃、Cl–為2×105mg/L的地層水中的腐蝕速率為0.1062 g/(m2/h)，較Ni-W-P鍍層下降了21%。

3）Ni-W-P/TiO2復合鍍層的顯微硬度為535.6HV，相比Ni-W-P鍍層增加了182.9HV。Ni-W-P/TiO2復合鍍層的磨損速率為0.1942 mg/min，較Ni-W-P鍍層下降了55%。

[1] WANG X H, ZHONG S Y, SONG Y H, et al. Effect of Tantalum Film on Corrosion Behaviour of AA6061 Aluminium Alloy in Hydrochloric Acid- and Chloride- Containing Solutions[J]. Transactions of the IMF, 2020, 98(5): 243-249.

[2] WANG Xiao-hong, GUO Jun, LIN Yuan-hua, et al. Study the Effect of SiC Content on the Wear Behavior and Mechanism of As-extruded SiCp/Al-Cu-Mg-Zn Alloy under Simulating Drilling Operation[J]. Surface and Interface Analysis, 2016, 48(8): 853-860.

[3] WANG Xiao-hong, PENG Zheng-wei, ZHONG Shi-yu, et al. Effect of Extrusion Texture on Corrosion Behaviour of D16T Drill Pipe in 3.5% NaCl Solution[J]. Internatio-nal Journal of Electrochemical Science, 2018, 13(9): 8970-8982.

[4] ZHANG Fan-yong, LI Chao, YAN Shu, et al. Improving Hardness and Toughness of Plasma Sprayed Ti-Si-C Nano-composite Coatings by Post Ar-annealing[J]. Cera-mics International, 2021, 47(3): 3173-3184.

[5] RAGHAVENDRA C R, BASAVARAJAPPA S, SOGA-LAD I, et al. Study on Surface Roughness Parameters of Nano Composite Coatings Prepared by Electrodeposition Process[J]. Materials Today: Proceedings, 2021, 38: 3110- 3115.

[6] MAGESH G, ELANSEZHIAN R. Synthesis and Novel Development of Electroless Ni-P Coating on Bamboo Fibre[J]. Materials Today: Proceedings, 2021, 38: 3136- 3141.

[7] 黃新民, 錢利華, 徐金霞. 鎳-磷-納米顆粒化學復合鍍的研究現狀及發展[J]. 電鍍與涂飾, 2002, 21(6): 12-16.

HUANG Xin-min, QIAN Li-hua, XU Jin-xia. Current Sta-tus and Development of Electroless Nickel-phosp-ho-rus-nano Particle Composite Plating[J]. Electroplating & Finishing, 2002, 21(6): 12-16.

[8] 趙丹, 劉亭亭, 徐旭仲. 納米SiO2微粒的質量濃度對Ni-Zn-P/納米SiO2復合鍍層組織和性能的影響[J]. 電鍍與環保, 2018, 38(4): 30-33.

ZHAO Dan, LIU Ting-ting, XU Xu-zhong. Effect of Mass Concentration of Nano-SiO2Particle on Microstructure and Properties of Ni-Zn-P/Nano-SiO2Composite Coating [J]. Electroplating & Pollution Control, 2018, 38(4): 30- 33.

[9] 何杰, 吳蒙華, 賈衛平. Ni-ZrO2-CeO2二元納米復合鍍層摩擦磨損及耐蝕性研究[J]. 功能材料, 2018, 49(1): 1102-1107.

HE Jie, WU Meng-hua, JIA Wei-ping. Corrosion Resi-stance and Tribological Properties of Ni-ZrO2-CeO2Bi-nary Nano Composite Coatings[J]. Journal of Functional Materials, 2018, 49(1): 1102-1107.

[10] VITRY V, BONIN L. Effect of Temperature on Ultra-sound-assisted Electroless Nickel-Boron Plating[J]. Ultra-so-nics Sonochemistry, 2019, 56: 327-336.

[11] 周紹安, 賈衛平, 吳蒙華, 等. 納米ZrO2微粒對電沉積Ni基復合鍍層性能的影響[J]. 兵器材料科學與工程, 2020, 43(4): 6-11.

ZHOU Shao-an, JIA Wei-ping, WU Meng-hua, et al. Effects of ZrO2Nanoparticle on Properties of Ni-based Composite Coating Prepared by Electrodeposition[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 2020, 43(4): 6-11.

[12] 劉志遠, 王吉平. 納米Al2O3顆粒摻雜的錫基復合鍍層的制備及耐蝕性研究[J]. 電鍍與精飾, 2020, 42(11): 1-4.

LIU Zhi-yuan, WANG Ji-ping. Preparation and Corrosion Resistance of Tin-based Composite Coating Doped with Nano-Al2O3Particles[J]. Plating & Finishing, 2020, 42(11): 1-4.

[13] XIAO Mao-hua, SHEN Xiao-jie, LIU Xiao, et al. Study on Properties of 45 Carbon Steel Ni-P Electroless Plating Reinforced by Si3N4-Al2O3Particle Based on Response Surface Method[J]. Journal of Nanoscience and Nano-technology, 2020, 20(8): 4761-4772.

[14] 方舒, 沈岳軍, 劉定富. 含硫穩定劑對納米Ni-P-TiO2復合鍍層形貌與性能的影響[J]. 電鍍與精飾, 2018, 40(1): 12-16.

FANG Shu, SHEN Yue-jun, LIU Ding-fu. The Influences of Sulfur Contained Stabilizer on the Morphology and Properties of Nano Ni-P-TiO2Composite Coating[J]. Pla-ting & Finishing, 2018, 40(1): 12-16.

[15] 沈岳軍, 李世靜, 方舒. 酸性復合化學鍍Ni-P-納米TiO2的研究[J]. 貴州科學, 2017, 35(3): 65-68.

SHEN Yue-jun, LI Shi-jing, FANG Shu. Acidic Com-posite Electroless Plating of Ni-P-TiO2[J]. Guizhou Sci-ence, 2017, 35(3): 65-68.

[16] 戶志宇, 鄭濤, 張磊. 鎳-磷-納米二氧化鈦化學復合鍍制備工藝影響探究[J]. 電子測試, 2014(11): 150-152.

HU Zhi-yu, ZHENG Tao, ZHANG Lei. Study on Prepa-ration Parameters of Ni-P-Nano TiO2Composite Plating [J]. Electronic Test, 2014(11): 150-152.

[17] 張艷, 吳勝男. 納米Cr顆粒對Ni-Mo復合鍍層性能的影響[J]. 沈陽工業大學學報, 2021, 43(1): 29-34.

ZHANG Yan, WU Sheng-nan. Effect of Cr Nanoparticles on Properties of Ni-Mo Composite Coatings[J]. Journal of Shenyang University of Technology, 2021, 43(1): 29-34.

[18] 傅秀清, 段雙陸, 林盡染, 等. 納米稀土CeO2摻雜對Ni-Fe-Co-P合金鍍層性能的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2020, 49(6): 2095-2103.

FU Xiu-qing, DUAN Shuang-lu, LIN Jin-ran, et al. Effects of CeO2Nano-Rare Earth Particles Doping on Properties of Ni-Fe-Co-P Alloy Coatings[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2020, 49(6): 2095-2103.

[19] 安吉祥, 吳向清, 謝發勤, 等. ZM5鎂合金化學鍍Ni-P合金鍍層的電化學腐蝕行為[J]. 電鍍與環保, 2020, 40(4): 34-39.

AN Ji-xiang, WU Xiang-qing, XIE Fa-qin, et al. Electro-chemical Corrosion Behavior of Electroless Ni-P Alloy Coating on ZM5 Magnesium Alloy[J]. Electroplating & Pollution Control, 2020, 40(4): 34-39.

[20] 何欣, 湛蘭, 王云鵬. 納米TiO2顆粒對電沉積Zn-Ni合金鍍層組織及其耐蝕性的影響[J]. 中國體視學與圖像分析, 2019, 24(2): 145-151.

HE Xin, ZHAN Lan, WANG Yun-peng. The Effect of TiO2Nano-particles on Microstructure and Corrosion Resistance of Electrodeposited Zn-Ni Alloy Coating[J]. Chinese Journal of Stereology and Image Analysis, 2019, 24(2): 145-151.

[21] VALOVA E, ARMYANOV S. Localization and Chemical State of the Third Element (Zn, W) in Electrolessly Deposited Nanocrystalline Ni-Zn-P, Ni-W-P and Co-W-P Coatings[J]. Russian Journal of Electrochemistry, 2008, 44(6): 709-715.

[22] ZHOU Peng, CAI Wei-bo, YANG Yue-bo, et al. Effect of Ultrasonic Agitation During the Activation Process on the Microstructure and Corrosion Resistance of Electroless Ni-W-P Coatings on AZ91D Magnesium Alloy[J]. Sur-face and Coatings Technology, 2019, 374: 103-115.

[23] DE OLIVEIRA M C L, CORREA O V, ETT B, et al. Influ-ence of the Tungsten Content on Surface Properties of Electroless Ni-W-P Coatings[J]. Materials Research, 2017, 21(1): 73-80.

[24] REN Lu, CHENG Yan-hai, WANG Shuai, et al. Oxidation Behavior of the Supercritical Water on the Ternary Ni-W-P Coating[J]. Chemical Engineering Journal, 2019, 370: 1388-1406.

[25] AKYOL A, ALGUL H, UYSAL M, et al. A Novel App-roach for Wear and Corrosion Resistance in the Electro-less Ni-P-W Alloy with CNFs Co-depositions[J]. Applied Surface Science, 2018, 453: 482-492.

Effect of Nano-TiO2Particles on Properties of Ni-W-P Alloy Coating

1,1,1,1,2,2,3

(1.Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2.Petroleum Engineering Technology Research Institute of Northwest Oilfield Branch of Sinopec, Urumqi 830000, China; 3.Chongqing University, Chongqing 400030, China)

This paper is to explore the effect of Nano-TiO2particles on the microstructure, corrosion resistance and wear resistance of Ni-W-P coating, and improve the corrosion resistance of 2024 aluminum alloy pipe. Ni-W-P/TiO2nanocomposite coating was prepared on the surface of 2024 aluminum alloy by electroless plating. The surface morphology, surface element distribution and phase of the coating were characterized by SEM, EDS and XRD. The microhardness and wear resistance of the traditional Ni-W-P coating and the prepared Ni-W-P/TiO2nanocomposite coating were compared. The results show that the grain of the coating is refined after adding nano-TiO2particles. EDS results show that nano-TiO2particles are evenly distributed in the coating. The phase analysis shows that the coating is nanocrystalline. The average grain size of the coating is 9.706 nm after adding nano-TiO2particles, which is 0.612 nm smaller than that of Ni-W-P coating. The weight loss test shows that the Ni-W-P/TiO2nanocomposite coating with the content of Cl–is 2×105mg/L formation water has strong corrosion resistance, and the corrosion rate is 0.1062 g/(m2?h), which is 21% lower than that of Ni-W-P coating, 31% lower than that of Ni coating and 69% lower than that of aluminum alloy substrate. The electrochemical results show that the self corrosion potential of Ni-W-P/TiO2nanocomposite coating is 0.0813 V, 0.1668 V and 0.4141 V higher than that of Ni-W-P coating, Ni coating and 2024 aluminum alloy, respectively, and the corrosion tendency is lower. Compared with Ni-W-P coating, Ni coating, Ni-W-P/TiO2nanocomposite coating has the highest microhardness (535.6HV) and wear resistance (0.1942 mg/min). The addition of nano-TiO2particles can reduce the grain size of the coating, make the coating surface more compact, improve the hardness of the coating, and enhance the corrosion resistance and wear resistance of the coating.

2024 aluminum alloy; chemical plating; Ni-W-P coating; nano-TiO2; composite coating; microstructure; corrosion resistance

2021-03-02；

2021-06-07

WANG Xiao-hong (1972—), Female, Doctor, Associate professor, Research focus: corrosion and protection of materials.

王小紅, 劉豪, 蔣焰罡, 等. 納米TiO2顆粒對Ni-W-P合金鍍層性能的影響[J]. 表面技術, 2022, 51(1): 86-92.

TG174.4

A

1001-3660(2022)01-0086-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.01.009

2021-03-02；

2021-06-07

四川省科技廳應用基礎項目（2021YJ0346）

Fund：Department of Science and Technology Application Fundamental Project of Sichuan Province (2021YJ0346)

王小紅（1972—），女，博士，副教授，主要研究方向為材料的腐蝕與防護。

WANG Xiao-hong, LIU Hao, JIANG Yan-gang, et al. Effect of Nano-TiO2Particles on Properties of Ni-W-P Alloy Coating[J]. Surface Techno-logy, 2022, 51(1): 86-92.