媒介

钛合金拥有比强度高、低温机能好、生物兼容性优异等特点，，宽泛利用于航空、航天、生物医学和汽车等领域。。。但同时钛合金受硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等弊端限度，，难以适应复杂的服役前提。。。目前急需解决的问题是若何提高钛合金理论硬度、耐磨性、高温抗氧化机能以及生物活性，，进而扩大其利用领域［1-9］ 。。。为了充分阐扬钛合金的优势，，解决其硬度低、耐磨性差等问题，，国内外很多学者发展了钛合金理论改性技术方面的钻研工作，，重要蕴含激光熔覆、微弧氧化、热/冷喷涂、理论渗碳/氮等，，其中激光熔覆技术的利用最为宽泛［10-11］ 。。。本文综述了现阶段钛合金理论激光熔覆、微弧氧化和冷喷涂陶瓷涂层的钻研近况，，并对有关钻研进行了瞻望。。。

1 、激光熔覆技术

钛合金激光熔覆理论改性技术经历了从激光理论淬火到激光理论重熔再到激光理论合金化以及激光熔覆的过程。。。激光熔覆技术拥有很多利益［12-14］ ：：激光熔覆涂层与基材呈冶金结合，，其结合力较强，，并且较高的冷却速度使涂层组织细化，，结构致密，，进一步强化了涂层质量；；可通过设计分歧成分的熔覆资料得到分歧机能的涂层；；可在低熔点的金属理论熔覆高熔点的合金；；熔覆涂层的厚度可控，，并可进行选区熔覆等。。。

选取激光熔覆技术在钛合金理论制备职能性熔覆层，，通常选取自熔性合金粉末，，蕴含Ni基、Co基、Fe基和金属基陶瓷复合伙料。。。激光熔覆通过引入或原位自生加强相或自光滑相改善基体理论机能，，故相的种类、含量和散布等成分决定了涂层的机能。。。常用的涂层加强相为TiC、TiBx、TiN 和 WC等硬质陶瓷相［15-16］ 。。。

在激光熔覆陶瓷粉末过程中，，陶瓷资料与钛合金基材产生反映天生新的陶瓷相来改善钛合金的理论机能。。。覃鑫［17］ 等在钛合金理论激光熔覆NiCrCoAlY+20%Cr₃C₂粉末制备耐摩擦磨损及高温抗氧化的复合涂层。。。通过合理的工艺参数设计，，获得的熔覆区显微组织结构致密、成形优良、无气孔和裂纹等组织缺点，，涂层内部组织由树枝晶、针状晶以及树枝晶的共晶组织组成（见图1）；；复合涂层的最高显微硬度为1 344 HV（见图2），，约为钛合金基体（350 HV）的3.8倍，，850 ℃拥有较好的高温抗氧化机能（见图3）。。。

在激光熔覆过程中外加法的陶瓷资料的涂层与钛合金基体结合力不高，，容易开裂，，产生孔洞等问题［18-19］ 。。。其重要原因首先是陶瓷颗粒与基体钛合金的热膨胀系数等物理机能相差较大，，导致涂层存在较大的残存应力；；其次从资料的键合方式角度分析，，钛合金键合方式为金属键，，而陶瓷资料的结合方式为共价键或离子键，，钛合金和陶瓷资料的晶体结构也不一样，，因而钛合金与陶瓷资料之间的相容性差。。。别的激光熔覆属于快热和快冷的过程，，涂层内部会产生较大的拉应力，，残存拉应力超过涂层资料的抗拉强度时即开裂。。。

安强［20］ 在TA15钛合金理论激光熔覆原位合成TiC加强钛基复合涂层。。。钻研发现，，整个涂层组织由平面晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶组成；；由XRD分析可知，，涂层重要由β-Ti、Co₃Ti、CrTi₄和原位自生的TiC物相组成，，涂层与基体形成了优良的冶金结合；；涂层的显微硬度最高值为715 HV，，约为TA15 基体显微硬度的2.1倍（见图4）；；涂层拥有较好的抗磨机能，，磨损机制为磨粒磨损。。。利用原位合成陶瓷资料的步骤即通过化学反映天生陶瓷涂层，，加强相与基体结合界面干净，，结合力较大，，不容易脱落。。。但是化学反映过程无法节制，，会有有害杂质的天生相［21］ 。。。所以原位自生法制备陶瓷涂层若何精确调控反映过程，，是将来钻研的重点。。。

激光熔覆技术经历了从单层熔覆层，，到多层熔覆层、复合熔覆层以及梯度涂层钻研的发展过程，，随着技术的不休钻研改进，，出现了很多新型激光熔覆技术［22］ ，，例如环形激光熔覆技术。。。该技术是一项利用中空环形的聚焦高能激光束和光内输送的熔覆资料同轴耦合作用于基体理论的典型资料沉积加工技术，，拥有扫描方向不受限、熔覆资料种类多、资料利用率高和熔覆过程可过问性强等利益，，与传统激光熔覆技术相比，，其在激光能量利用率、熔覆资料沉积率、光料耦合精度、熔覆过程不变性及熔覆层结合质量等方面均有大幅提升，，在激光金属沉积领域有着巨大的发展潜力，，因而备受关注［23］ 。。。在钛合金理论利用该步骤制备熔覆层目前未见报道，，学者能够发展此方面的钻研工作。。。

激光熔覆在钛合金理论熔覆资料发展潜力较大，，但是目前没有工业化出产，，将来的发展重要在以下方面［10-11］ ：：开发宽域的新型陶瓷熔覆资料系统；；涂层的形成过程、形成机制的调控；；熔覆涂层的裂纹和缺点的节制。。。

2、 微弧氧化技术

微弧氧化技术是在阳极氧化基础上发展起来的理论改性技术。。。钛合金微弧氧化（MAO）［24］ 是一种在钛及钛合金理论原位成长成氧化物陶瓷膜，，这种陶瓷膜与基体结合强度高，，能够提升钛合金的抗磨损、耐侵蚀和绝缘性［25］ 。。。钛及钛合金微弧氧化是将Ti、Mg、Al等金属置于电解液中，，在电源作用下基体理论产生放电出现高温、高压；；在高温高压作用下基体理论溶解与游离离子相互作用，，而后进行氧化、融合，，最后在金属理论沉积成膜［26-30］ 。。。

李玉海［31］ 等通过微弧氧化步骤别离向电解液中增长陶瓷颗粒SiC和SiO₂在TC4钛合金理论制备复合陶瓷膜。。。氧化膜理论孔洞细小，，膜层致密性较高，，陶瓷膜组织重要有α-SiC和β-SiC相，，SiO₂颗粒的增长使得膜层摩擦系数颠簸安稳且颠簸领域仅在0.15~0.2。。。一样尝试前提下增长SiC颗粒的陶瓷膜耐磨性比未增长陶瓷颗粒的耐磨性提高75%，，而含有SiO₂颗粒的膜层相对基体提高130%。。。在摩擦磨损尝试过程中，，增长SiC颗粒的陶瓷膜理论仅有轻微犁沟痕迹，，含有SiO₂的膜层理论磨损最轻微，，只出现粘着磨损的痕迹，，膜层耐磨机能均得到提升。。。

解念锁［32］ 等在Na₂SiO₃、Na₃PO₄电解液中对TC4理论进行微弧氧化制备抗氧化膜层。。。微弧氧化膜层的SEM描摹藐小、均匀、多孔，，重要由Al₂SiO₅和Al₂TiO₅ 组成，，在750 ℃循环氧化100 h后，，经300 V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm²，，而未经微弧氧化处置的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm²。。。并且随着微弧氧化功夫的增长和电压的增大，，微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化机能也有所加强。。。

杨泽慧［33］ 等人在TC4合金理论微弧氧化原位自生自光滑MoS₂ /TiO₂膜层（见图5），，会商了原位反映中Na₂S增长量对膜层微观结构及耐磨机能的影响。。。通过节制 Na₂S 浓度可实现原位天生小尺寸MoS₂颗粒，，且其含量和状态可控，，原位自生MoS₂膜层的耐磨性较传统微弧氧化膜层或直接增长MoS₂颗粒所得膜层别离提高了395.4%、129.4%；；膜基结合力较传统微弧氧化提高了约87%，，达到723.8 N，，注明原位自生微弧氧化在保障优良的自光滑成效的同时改善了膜基结合力。。。微弧氧化技术的钻研曾经历了几十年的发展过程，，从互换微弧氧化技术到此刻较为热点的激规复合微弧氧化技术［34］ 。。。Wang等 ［35］ 将TC4钛合金进行激光理论重熔、微弧氧化处置，，得到多孔生物陶瓷涂层。。。通过激光理论重熔预处置降低基材的理论粗糙度，，提高微弧氧化涂层的均匀性和密度，，同时削减厚度，，与未处置的样品相比拥有最佳的耐侵蚀性，，理论粗糙度最低，，孔隙率较低。。。

钛合金微弧氧化也存在急需解决的技术问题：：

（1）单元面积耗能较大；；（2）氧化膜的膜基结合问题；； （3）膜层多孔问题，，影响基材的耐蚀性。。。

3 、喷涂

喷涂技术是在不扭转基体其他机能的前提下，，通过某种热源或者动力源将资料形成高速粒子流，，喷向基体上不休沉积形成拥有肯定职能的涂层［36］ ，，其特点是工艺轻便、利用领域较广［37-39］ 。。。近年来，，钻研人员在传统喷涂技术基础上发展出超音速火焰喷涂、超音速等离子喷涂、反映热喷涂和冷喷涂等工艺［40-42］ 。。。

钛合金的氧活性很高，，传统的热喷涂技术不适合制备钛及钛合金涂层；；冷喷涂作为新兴的喷涂技术由于制备温度低、涂层沉积率较高、孔隙率低和结合强度较高档特点，，在钛合金理论制备涂层拥有怪异优势［43-50］ 。。。由于冷喷涂重要是高速飞行的粒子在撞击基体时产生严重的塑性变形，，从而实现涂层沉积，，对于金属资料来讲，，面心立方金属的Al、Cu等滑移系较多，，较易产生塑性变形，，而对于密排六方金属的Ti、Co等，，滑移系统较少、塑性较差［51］ 。。。李文亚等［52］ 以空气为喷涂气体，，在气体温度520 ℃、压力2.8 MPa的前提下，，制备了纯钛和钛合金涂层，，发现两种涂层的孔隙率别离高达5.1%和22.4%，，而孔隙往往存在于有限变形的粒子之间，，所以影响了涂层机能。。。

近年来，，国内外学者从喷涂参数、粉末状态、喷嘴及基体等分歧方面对冷喷涂钛及钛合金涂层进行了组织调控。。。李海升［53］ 等在TC4钛合金理论冷喷涂制备CuNiIn涂层，，钻研其组织结构和微动磨损机能，，涂层的孔隙率仅为 2.8%，，最高硬度可达到300 HV，，磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。。。李悠久等［54］ 别离选取N2 和He两种气体作为喷涂气体制备了Ti涂层，，了局批注，，用惰性气体He制备的涂层其组织越发致密，，重要原因是在He前提下粒子能获得更大的速度，，从而产生更充分的变形。。。Pelletier J L等［55］ 钻研发现喂料速度和粉末流动速度越高，，涂层孔隙率越高，，厚度越厚，，其原因可能是低的喂料速度可能减小后面粒子与先沉积涂层的撞击角度，，而粉末流动速度会对喷嘴中的气流产生影响。。。ZahiriS H等［56］ 钻研了喷涂距离对Ti涂层质量的影响，，发现喷涂距离重要影响粒子速度，，喷涂距离增大，，粒子速度减小，，导致塑性变形小，，随着喷涂距离的增大，，涂层孔隙率上升。。。殷硕等［57］ 钻研了喷涂角度对冷喷涂Ti粒子沉积行为的影响，，以为喷射角度为非垂直角度时，，粒子与基体的结合会减弱（见图6）。。。

综合来看，，对于钛与钛合金涂层而言，，尽可能选取高的气体温度和压力能够有效提高粒子速度，，进而制备出高质量涂层。。。

除了粉末材质外，，冷喷涂的粉末状态对喷涂质量也有影响。。。Wong W［58］ 等选取不规定形和球形两种分歧状态的Ti粉制备冷喷涂涂层，，钻研了局批注，，粒子的粉末不规定，，制备的涂层致密性较好，，重要是不规定粒子的拖曳常数较高，，在喷嘴出口处可获得更高的粒子速度，，所以与基体的结合力较好，，而不规定粉末的流动性不如球形粉，，喷涂过程中容易氧化［59-61］ 。。。Cinca N ［62］ 等钻研以为当粒子散布较窄时，，涂层的孔隙、厚度和硬度更为均匀。。。

除粉末资料和状态外，，喷嘴结构对冷喷涂涂层质量也有显著影响，，图7为喷嘴优化前后制备的Ti涂层，，能够看出改善后涂层组织显著致密［63］ 。。。李文亚［64］ 等通过改善喷嘴内部状态实现了在低压下高的粒子温度。。。MACDONALD D［65］ 扭转喷嘴材质，，发现高热导率的喷嘴能够降低粒子的临界速度，，从而实现更高的沉积效能。。。

冷喷涂中涂层与基体以及涂层内部的机理重要是机械咬合和冶金结合，，冶金结合的水平越高，，结合强度越好，，通过喷涂后热处置能够进一步提高其冶金结合水平。。。李文亚等［66］ 在850 ℃真空空气下将Ti和Ti6A14V涂层进行退火4 h，，发现退火过程中粒子之间的接触界面通过原子扩散和晶界迁徙产生了冶金结合，，但涂层的孔隙率统计了局批注，，热处置后两种涂层的孔隙率均有所增长。。。

周红霞［51］ 钻研了Ti6A14V涂层在后续热处置过程中孔隙的演变法规，，了局批注，，在部门热处置温度下涂层的孔隙率有所增长，，原因是喷涂层热处置过程中残存应力得以开释，，部门弱结合和未结合的粒子界面相互脱离引起的。。。

目前，，喷涂对钛合金涂层钻研相对较少，，无数为喷涂Ti涂层。。。对喷涂工艺钻研较多，，对涂层形成过程、粒子内部显微结构钻研较少。。。由于喷涂涂层与基体的结合力较弱，，所以利用受到限度，，喷涂后的热处置是提高其结合力的有效蹊径。。。对于冷喷涂技术与其他技术如激光熔覆、搅拌摩擦焊等的融合是将来的钻研趋向。。。

4 、结论及瞻望

（1）激光理论改进技术在钛合金理论能够通过有限元软件和数学建模仿照熔覆过程，，或者结合超声波辅助激光熔覆等方式，，研发宽域的新型陶瓷熔覆资料系统、职能梯度涂层等以削减裂纹等缺点。。。

（2）对于钛合金微弧氧化技术，，能源亏损巨大、膜层易脱落和膜层多孔景象是急需解决的问题，，必要通过进一步钻研以提高钛合金微弧氧化膜层的机能。。。

（3）冷喷涂技术与其他技术如激光熔覆、搅拌摩擦焊等的融合是将来的钻研方向。。。

在先进科学技术的高速发展布景下，，钛及钛合金利用领域日益扩大，，对钛合金理论机能的要求越来越高，，随着这些使用前提的变动钛合金理论改性技术也必将日臻美满。。。

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