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针对传统镀硬铬技术沉积速度小、污染环境等问题，本文提出采用脉冲电沉积方法在碳钢表面制备Ni-W-P合金镀层及Ni-W-P-TiO2复合镀层作为硬铬镀层的替代镀层，利用显微硬度计、SEM、XRD和电化学工作站等分析手段，对镀层的制备工艺及性能做了大量的试验研究。首先在对脉冲频率、平均电流密度和占空比进行单因素优化研究的基础上，采用正交实验方法研究了镀液成分对Ni-W-P合金镀层性能的影响，并根据实验结果对影响显著的因素进行单因素分析，以此得到最佳的镀液成分配方;并在优化的Ni-W-P合金镀层制备工艺基础上，通过添加TiO2纳米粒子制备了Ni-W-P-TiO2复合镀层。为进一步提高镀层性能，本文还研究了热处理对镀层组织及性能的影响。通过相关实验研究，本文主要得出如下主要结论: (1)脉冲频率、平均电流密度和占空比对Ni-W-P镀层性能的影响研究表明:随脉冲频率、平均电流密度以及占空比的增大，镀层的硬度均呈现先增大后减小的变化规律，且镀层中的P含量出现相同的变化趋势;镀层的沉积速度随平均电流密度的增大而逐渐增大，但随着脉冲频率和占空比的增大呈现出先增大后减小的趋势。本文推荐较优的脉冲参数工艺为:脉冲频率为250Hz，脉冲平均电流密度为4A/dm2，脉冲占空比为30％;在此工艺下制得的镀层沉积速度较大、呈现出非晶态特征，且硬度及在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性最好; (2)通过正交实验方法并结合其影响显著因素的单因素实验研究表明:NaH2PO2是影响镀层性能的较显著因素。根据实验结果，本文确定较优的Ni-W-P镀液配方如下:70g/L NiSO4，30g/L Na2WO4;5g/L NaH2PO2;90g/L柠檬酸三钠;0.05g/L面活性剂;温度为60℃;pH为6;沉积过程中对镀液进行高速搅拌;在此工艺下制备的镀层性能较优; (3)热处理温度及时间对Ni-W-P镀层性能的影响研究表明:随热处理温度升高，镀层由非晶态结构逐渐转变为晶态结构，在400℃时镀层晶化析出了Ni及Ni3P相，且晶粒尺寸随温度升高逐渐增大，但当温度超过500℃时，其增大趋势逐渐平缓;而镀层的硬度则随温度的升高呈现出先增大后变小的趋势，在400℃、1小时热处理下镀层的硬度达到最大值1066Hv。且在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性最优，其自腐蚀电流Icorr为0.194μA·cm-2，极化电阻Rp为7786Ω·cm-2，而通过阻抗谱拟合得到的镀层电化学反应电阻Rct也达到了最大值1.939×104Ω·cm-2;因此，确定镀层的最佳热处理工艺为，400℃下保温1小时; (4)为进一步提高Ni-W-P镀层的性能，本文通过添加纳米TiO2粒子制备了Ni-W-P-TiO2复合镀层。研究表明，Ni-W-P-TiO2复合镀层的沉积速率高于Ni-W-P镀层，并且其硬度值也随着TiO2浓度的提高而增大，在6g/L时其增大趋势趋于平缓，在此浓度下的镀层硬度值为628Hv。对不同浓度下的复合镀层在3.5％NaCl溶液中的电化学分析结果表明:Ni-W-P-TiO2复合镀层的耐蚀性优于Ni-W-P镀层，而当镀液中TiO2浓度为6g/L时制得的镀层的耐蚀性能最优，其自腐蚀电流Icorr为0.075μA·cm-2，而相应的极化电阻Rp较大，为23085Ω·cm-2;对镀层在400℃下热处理1小时之后发现，复合镀层的硬度值均高于未经热处理的镀层，而当镀液中TiO2浓度为6g/L时，热处理之后的复合镀层的硬度值达到了最高的1104Hv;对热处理后的镀层电化学分析表明，虽然复合镀层的耐蚀性均差于未经热处理的复合镀层，但在相同条件下，当镀液中TiO2浓度为6g/L时制得的镀层经热处理后的耐蚀性优于其余浓度下经热处理后的镀层，其自腐蚀电流Icorr为0.128μA· cm-2，而相应的极化电阻Rp较大，为9385Ω·cm-2;因此本文推荐在复合镀层的制备工艺中，镀液中的TiO2浓度确定为6g/L; (5)为了分析比较不同工艺条件下制备的镀层与Cr镀层的性能差异，本文通过摩擦磨损实验和电化学分析实验对不同镀层的耐磨性和在不同介质中的耐蚀性做了对比分析，结果表明:未经热处理的Ni-W-P合金镀层和Ni-W-P-TiO2复合镀层的硬度差于Cr镀层，而经热处理后的HT-Ni-W-P合金镀层和HT-Ni-W-P-TiO2复合镀层的硬度优于Cr镀层;并且热处理后的镀层的磨损量较小，与Cr镀层相当，主要是因为热处理后镀层出现了高温硬质相和弥散作用使得其在磨损过程中抑制了严重磨损;通过对镀层的磨痕SEM分析可知，合金镀层和复合镀层的磨损主要是剥层磨损，而对于复合镀层，其在磨损过程中发生了纳米粒子填补滑移微坑的现象，从而使得其耐磨性得到改善;而Cr镀层在磨损过程中则发生了明显的塑性变形。另外，通过极化曲线和EIS对不同镀层的在不同介质中的耐蚀性分析可知，Ni-W-P合金镀层及复合镀层在两种酸性介质中的耐蚀性能均优于Cr镀层，且HT-Ni-W-P-TiO2复合镀层在这两种酸性介质中的耐蚀性能最优;而镀层在碱性和中性溶液中的耐蚀性能较在酸性介质有显著提高，且Ni-W-P合金镀层及其复合镀层的耐蚀性能优于Cr镀层。