TiO2与SiC纳米颗粒共沉积对Ni-W基纳米复合涂层显微硬度、磨损及腐蚀行为的协同增强效应

为解决工程部件因磨损、腐蚀导致的性能退化问题，研究人员通过电沉积技术制备了含7g/L TiO2及不同浓度SiC纳米颗粒的Ni-W基纳米复合涂层。研究发现，TiO2单独存在时使晶粒尺寸缩小2.6倍、腐蚀速率降低4倍，而SiC的加入使显微硬度提升至8.7GPa，磨损抗力提高36%。该研究为开发兼具高硬度、耐蚀性和耐磨性的多功能涂层提供了新思路。

　　

在工业领域，金属部件长期面临磨损、疲劳和腐蚀的严峻挑战。传统铬涂层虽成本低廉但存在环境毒性问题，而Ni-W合金涂层因其优异的硬度、热稳定性和环境友好性成为理想替代品。然而，单一材料性能仍存在瓶颈，如何通过纳米复合技术突破性能极限成为研究热点。伊朗Razi大学和伊斯兰阿扎德大学Ahvaz分校的研究团队创新性地将两种功能互补的纳米颗粒——具有耐蚀特性的TiO₂与高硬度的SiC——共沉积到Ni-W基体中，成功制备出综合性能显著提升的纳米复合涂层，相关成果发表在《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）结合能谱（EDX）分析涂层微观结构，通过维氏硬度计、Tafel极化法和摩擦试验分别评价力学性能、3.5% NaCl溶液中的耐蚀性及干摩擦磨损行为。特别运用Zeta电位测试评估了电镀液中纳米颗粒的分散稳定性。

SEM观察结果显示所有涂层均呈现典型的结节状形貌，这种特征源于电沉积过程中氢气泡的生成。TiO₂的加入使晶粒尺寸从19.7wt%降至17.1wt%，而双纳米颗粒体系进一步降至10wt%，表明纳米颗粒对晶界迁移的抑制作用。

电沉积工艺采用St37钢为阴极，通过多级抛光（#100-#1200砂纸）和酸活化预处理确保基底质量。电镀液配方调控证实：当SiC浓度达7g/L时，显微硬度从7.3GPa跃升至8.7GPa，这归因于SiC的高硬度和纳米颗粒的奥罗万强化（Orowan strengthening）机制。

腐蚀行为呈现有趣的双重效应：虽然TiO₂单独使腐蚀速率降低4倍，但SiC的引入反而削弱了这种保护作用。这可能是由于SiC的导电性促进了局部电偶腐蚀，暗示纳米颗粒类型选择需权衡硬度与耐蚀性的平衡。

磨损测试数据揭示协同增强效应：TiO₂使磨损抗力提升14%，而双纳米颗粒体系进一步将改善幅度扩大至36%。这种"1+1>2"的效果证实了不同性质纳米颗粒的功能互补性。

该研究开创性地证明：通过精准调控氧化物-碳化物纳米颗粒组合（TiO₂-SiC），可突破单一种类纳米增强相的局限性。所得涂层兼具TiO₂的优异耐蚀性和SiC的极端硬度，为航空航天、海洋工程等苛刻环境下的部件防护提供了新材料解决方案。特别值得注意的是，这种协同效应并非简单叠加，而是通过纳米颗粒-基体界面的复杂相互作用实现的，这为后续设计多相纳米复合涂层提供了重要理论依据。研究同时指出，未来需优化SiC表面改性以解决其可能引发的电化学腐蚀问题。