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二氧化钛薄膜利用光电化学特性作为非牺牲型阳极对金属进行光生阴极保护，是一个很有前景的研究方向。目前，在Cu、不锈钢、玻璃等材料上的研究较多，而对使用量最大的碳钢研究则较少。因此系统地研究二氧化钛薄膜在碳钢表面的防腐蚀性能有着非常重要的意义。
本论文在碳钢表面制备纳米TiO2复合膜，研究了制备工艺条件的设计和优化，对其结构进行表征并重点研究了其耐蚀性能。采用化学镀镍磷作为中间过渡层来解决二氧化钛与碳钢基体的结合力问题。先利用化学镀在Q235碳钢试片上制备出一层均匀光亮的镍磷层，然后通过溶胶凝胶法和浸渍提拉法在其上制备纳米TiO2膜，形成纳米TiO2复合膜。主要得出以下结论:
首先，对化学镀镍磷的工艺进行研究。对Q235碳钢进行前处理，以硫酸镍为主盐，次磷酸钠为还原剂，采用单因素法分析温度、PH对镀速和镀层性能的影响，结果表明:随着温度的升高，沉积速度不断增大，但超过一定温度镀液分解，温度升高，镀层的磷含量降低，pH值越低，镀层磷含量越高。综合镀速和磷含量，镀液温度确定为86±2℃，pH值4.4～5.0。然后利用正交试验优化工艺确定镀液的组成，得到醋酸钠12g/L，柠檬酸:乳酸=10:25(质量比)，施镀时间为60min。对碳钢表面的镍磷镀层进行SEM、EDS和XRD表征表明:镀层完整、均匀、结合力好、孔隙少，镀层厚度为16.594μm。磷含量为8.65％(w)，为非晶态，耐蚀性能较好。
然后，在镀完镍磷层的试片上采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2薄膜。通过正交实验优化溶胶组成后浸渍提拉成膜，得到溶胶的的各组分的摩尔比:Ti(OBU)4:EtOH:AcAc:H2O:HNO3=1:18:0.8:2:0.3，溶胶的总体积约为153ml。对薄膜进行SEM、XRD表征，结果表明镀有镍磷中问层的Q235碳钢上制备的纳米TiO2膜是连续的、完整的、没有裂纹。提拉3次得到的薄膜消除了龟裂缺陷，结合良好。以2mm/s的速率拉提，首次成膜98nm左右，热处理温度宜控制在450～500℃，是纳米TiO2从锐钛矿向金红石型转变的温度范围。
对不同热处理温度和膜厚的纳米TiO2复合膜进行耐腐蚀性能研究发现，在紫外光照射下，纳米TiO2复合膜的光生阴极保护作用较强，金属的腐蚀电位下降，处于阴极保护状态；无紫外光照射时，光生阴极保护作用减弱。500℃热处理和提拉3次时纳米TiO2复合膜的光生电位最低，耐蚀性最好。所以，本论文的研究对金属防腐蚀具有一定的意义。