脉冲电流密度对Ni/W-TiN涂层微观结构与力学性能的调控机制研究

为探究脉冲电流密度(ID)对镍基涂层性能的影响，研究人员通过脉冲电沉积(PED)技术在45钢基体上制备Ni/W-TiN复合涂层。研究发现，当ID=0.5 A/dm2时涂层具有最优的纳米晶结构(晶粒尺寸66.4 nm)和性能组合，其显微硬度达834.9 HV，腐蚀电流密度低至0.71 A/cm2，为工业耐磨防腐涂层设计提供了重要参数依据。

　　

在农业机械、石油化工等领域，金属部件的表面磨损和腐蚀一直是制约设备寿命的关键难题。镍基涂层因其优异的硬度和耐蚀性成为解决方案之一，但传统制备工艺难以兼顾微观结构调控与性能优化。脉冲电沉积(PED)技术虽被证明是制备高性能涂层的有效手段，但电流密度(I_D)这一关键参数对Ni/W-TiN复合涂层性能的影响机制尚不明确。

扬州大学的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表的研究中，系统考察了0.1-0.5 A/dm²范围内脉冲电流密度对涂层性能的影响。通过SEM、XRD等技术表征发现，电流密度通过改变电场强度直接影响镍钨晶粒和TiN纳米粒子的排列方式。当I_D升至0.5 A/dm²时，涂层呈现57.3 μm的致密结构，镍钨晶粒(66.4 nm)和TiN颗粒(39.3 nm)达到最佳尺寸匹配，XRD在43.8°、50.5°和74.2°处出现典型的Ni-W(1 1 1)、(2 0 0)和(2 2 0)晶面衍射峰。

实验方法
研究采用45钢为阴极，纯镍板为阳极，在含6 g/L TiN纳米颗粒的改良Watt型镀液中进行脉冲电沉积。通过调节电流密度(0.1-0.5 A/dm²)制备系列样品，采用SEM观察形貌，XRD分析物相，显微硬度仪和电化学工作站分别测试力学与耐蚀性能。

SEM分析
电流密度显著影响涂层形貌：0.1 A/dm²样品厚度37.8 μm，0.3 A/dm²增至49.5 μm，而0.5 A/dm²样品形成57.3 μm的致密结构。高电流密度产生的强电场促进颗粒定向排列，减少结构缺陷。

结论
该研究证实0.5 A/dm²是最佳沉积参数，所得涂层兼具最高硬度(834.9 HV)和最低腐蚀电流(0.71 A/cm²)。相比传统镍基涂层，TiN纳米颗粒的引入使耐磨性提升30%，为开发新一代农机耐磨部件提供了理论依据和技术参数。Yin Ming团队的工作不仅阐明了电流密度对PED涂层结构的调控规律，更建立了工艺-结构-性能的定量关系模型。