化学沉积纳米二氧化钛复合涂层的组织及其腐蚀、光催化性能研究

摘要

本文采用化学沉积的方法，将纳米颗粒引入到合金涂层中，制备出Ni-P-TiO2纳米复合涂层，开展了对复合涂层的制备工艺、组织结构及其性能较系统的研究工作。在制备工艺方面讨论了基础化学镀镀液的优化、纳米二氧化钛的分散方法以及镀液组成和操作条件对复合涂层的沉积速率和纳米二氧化钛复合量的影响；使用金相显微镜、扫描电子显微(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和电子能谱(EDS)等手段对Ni-P-TiO2纳米复合涂层的微观形貌和组织结构进行了表征和分析；采用极化曲线法和电化学阻抗谱方法对Ni-P-TiO2纳米复合涂层的耐腐蚀性能进行了评价；使用721型分光光度计对纳米复合涂层的光催化性能进行了分析。 研究结果表明：采用阴离子表面活性剂及超声分散相结合的方法对纳米颗粒进行分散，可制备出纳米颗粒分散均匀的悬浮镀液；通过控制操作条件及镀液组成，用化学沉积的方法可以获得纳米颗粒分散较均匀的纳米复合涂层，且涂层与基体结合良好；在化学沉积过程中，复合涂层的沉积速率随硫酸镍浓度、表面活性剂浓度、温度、pH值和纳米颗粒的加入量的增加而先增加后降低；涂层中纳米颗粒的复合量随着纳米颗粒的加入量和搅拌速度的增加而先增加后降低；对于纳米颗粒的复合量来说，与其它搅拌方式相比，机械间歇搅拌效果最佳；在涂层中纳米颗粒的最大复合量达到11.33％，这些纳米颗粒均匀弥散地分布在涂层中；极化曲线和电化学阻抗谱的测量结果都表明在NaCl、HCl和NaOH腐蚀液中，Ni-P-TiO2纳米复合涂层的耐腐蚀性比Ni-P涂层有所下降，且随着浸蚀时间的延长，容抗弧半径逐渐减小，复合涂层的耐蚀能力降低；在HCl溶液中，复合涂层的电化学阻抗谱具有两个容抗弧；TiO2纳米颗粒的浓度为6g/L，时，涂层的光催化效果最好，TiO2粉末体系及Ni-P-TiO2复合涂层的催化性能大致接近，粉末状催化作用略强。

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2化学复合镀

1.3纳米化学复合镀

1.3.1纳米颗粒的基本特性

1.3.2纳米颗粒的分散

1.3.3纳米化学复合涂层的沉积机理

1.3.4纳米化学复合涂层的特点

1.3.5纳米化学复合涂层的分类及应用

1.3.6纳米化学复合镀尚需解决的问题

1.4纳米复合涂层的光催化性能

1.5本课题的研究背景和内容

第二章化学沉积Ni-P-TiO2纳米复合涂层

2.1试验材料、仪器及测试方法

2.2纳米二氧化钛悬浮镀液的制备

2.3 Ni-P-TiO2纳米化学复合涂层的制备

2.3.1沉积速率的计算

2.3.3搅拌方式的选择

2.3.2复合涂层的制备

2.4镀液组成及操作条件对沉积速率的影响

2.4.1硫酸镍对沉积速率的影响

2.4.2表面活性剂对沉积速率的影响

2.4.3温度对沉积速率的影响

2.4.4 pH值对沉积速率的影响

2.4.5纳米二氧化钛的加入量对沉积速率的影响

2.5工艺参数及搅拌方式对涂层中TiO2复合量的影响

2.5.1纳米颗粒加入量对涂层中纳米颗粒复合量的影响

2.5.2搅拌方式对纳米颗粒复合量的影响

2.5.3搅拌速度对纳米颗粒复合量的影响

2.6本章小结

第三章Ni-P-TiO2纳米化学复合涂层的形貌与组织结构

3.1纳米化学复合涂层的形貌

3.1.1 Ni-P涂层表面形貌观察

3.1.2 Ni-P-TiO2纳米化学复合涂层表面形貌观察

3.1.3复合涂层截面观察

3.2 Ni-P-TiO2纳米复合涂层的SEM观察

3.3 Ni-P-TiO2纳米复合涂层的TEM观察与分析

3.4涂层的结构分析

3.5纳米复合涂层的XRD分析

3.6纳米复合涂层的EDS分析

3.7本章小结

第四章Ni-P-TiO2纳米化学复合涂层的耐腐蚀性能

4.1金属电化学腐蚀原理

4.2实验方法

4.2.1试样

4.2.2纳米复合涂层的极化曲线分析

4.2.3纳米复合涂层的极化曲线测量方法

4.2.4电化学阻抗谱概论

4.2.5电化学阻抗谱测量方法

4.2.6主要实验仪器

4.3结果与分析

4.3.1.Ni-P-TiO2纳米复合涂层与Ni-P合金涂层耐蚀性能比较

4.3.2不同腐蚀液中纳米复合涂层的极化曲线分析

4.3.3不同浸蚀时间下纳米复合涂层的电化学阻抗谱

4.3.3不同电位下纳米复合涂层的电化学阻抗谱

4.3.4电化学阻抗谱拟合分析

4.4本章小结

第五章Ni-P-TiO2纳米化学复合涂层的光催化性能

5.1纳米颗粒光催化原理

5.2实验方法

5.4纳米颗粒化学复合涂层光催化性能的研究

5.5本章小结

第六章全文总结

6.1总结

6.2工作展望

参考文献

硕士期间发表论文