鈦合金因具備重量較輕，比強度高，耐腐蝕性好等優(yōu)質(zhì)特點，已廣泛運用于航天航空，船只，機械設(shè)備，化工廠等行業(yè)。可是其表面強度低，耐磨性能差，耐蝕性不理想化，使鈦合金在很多狀況下無法達到具體使用的規(guī)定，比較嚴(yán)重妨礙了鈦合金的進一步運用?，F(xiàn)階段，提升鈦合金耐磨性能的表面解決技術(shù)關(guān)鍵有干法刻蝕，化學(xué)鍍鎳，激光熔覆，等離子噴涂，液相堆積和微弧氧化等。每一種單一表面技術(shù)都是有其一定的局限。近些年，選用復(fù)合型解決技術(shù)，對鈦合金表面改性材料，促使其性能明顯提高，解決了鈦合金表面加強難題。因而，文中對于現(xiàn)階段幾類鈦合金表面單一及復(fù)合型加強解決辦法開展論述。
1鈦合金耐磨損表面改性材料和鍍層技術(shù)
1.1干法刻蝕干法刻蝕
技術(shù)起起源于20新世紀(jì)60時代，該技術(shù)根據(jù)在真空泵，超低溫下將較高能通電正離子迅速射進到金屬材料近表面，使正離子與基體產(chǎn)生一系列繁雜反映，從而產(chǎn)生新的表面改性材料鋁合金層,新產(chǎn)生的鋁合金層與基體結(jié)合性強，耐磨損實際效果提升顯著。該工序的明顯優(yōu)勢取決于既能維持金屬材料基體本身性能，不更改原材料宏觀經(jīng)濟規(guī)格，環(huán)境保護無污染，又可以大幅地改進原材料表面的抗腐蝕和抗氧化等。離子源既但是非金屬材料正離子，如B,C,N等，又但是Zr,Mo,Re等金屬離子。就非金屬材料干法刻蝕來講，當(dāng)將B,C,O等引入鈦合金表面后，會產(chǎn)生對應(yīng)的孔狀化學(xué)物質(zhì)（TiB,TiC,TiO），促使原材料表面強度和耐磨性能得到提升。羅勇等將N3-引入Ti6Al4V基體表面以提升工程力學(xué)性能，轉(zhuǎn)化成的TiN塑料薄膜促使鈦合金表面的顯微鏡強度明顯增強，其均值強度提升了約25%,耐磨性能為鈦合金基體的2.5倍。
1.2化學(xué)鍍鎳
化學(xué)鍍鎳也被稱作無電解法鍍或自催化反應(yīng)鍍,即在沒有另加電壓的條件下，運用金屬材料的自催化反應(yīng)，與此同時依靠鍍液中的氧化劑，將分散的金屬離子轉(zhuǎn)變成金屬材料，并勻稱堆積到待鍍零件表面的一種表面鍍覆技術(shù)。現(xiàn)階段，對于鈦合金耐磨損改性材料層面，化學(xué)鍍鎳已由起初的單一化學(xué)鍍鎳Ni逐漸發(fā)展趨勢到多種多樣金屬材料與鋁合金及復(fù)合型化學(xué)鍍鎳的表面工藝處理，如化學(xué)鍍鎳Cu，Ag，Au及Sn等。復(fù)合型化學(xué)鍍鎳是根據(jù)原來鍍液基本上添加如Al2O3,Cr2O3,SiC等固態(tài)硬質(zhì)的顆粒物，使其在外力作用下與金屬材料產(chǎn)生共堆積，進而得到比不用顆粒的涂層更強的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。
Zangeneh-Madar等試著用化學(xué)鍍鎳技術(shù)在鈦合金表面制做Ni-P-聚四氟乙烯（PTFE）復(fù)合型鍍層，并科學(xué)研究了鍍液濃度值，溫度和表面表面活性劑濃度值對涂層產(chǎn)生造成的危害，與此同時也研究了試樣的滑動摩擦損壞特點。結(jié)果顯示，Ni-P和PTFE的共堆積能夠顯著降低涂層的摩擦阻力，降低磨損率，提升潤化性能。
相對性于電鍍工藝，化學(xué)鍍鎳涂層具備勻稱高密度，不用另加電流量供貨，操作流程簡易，可在塑膠等導(dǎo)電介質(zhì)上堆積涂層等優(yōu)勢，且化學(xué)鍍鎳環(huán)境污染小，低成本?，F(xiàn)階段，化學(xué)鍍鎳因為可制取具備優(yōu)良抗蝕，耐磨損的膜層，在航天航空，車輛，機械設(shè)備，化工廠等方面都獲得廣泛運用。
1.3激光熔覆
激光熔覆技術(shù)是一種將激光器技術(shù)與金屬表面處理技術(shù)緊密結(jié)合的表面改性材料技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)事先在基體表面噴漆或粘合粉末狀原材料，或?qū)⒎勰钆c激光同歩運輸，隨后用高效率能量相對密度激光直射原材料表面，促使粉末狀原材料熔融，在基體金屬材料上產(chǎn)生較好的冶金工業(yè)結(jié)合層。因為激光熔覆時，板材熔融一部分非常少，對基體性能基本上沒危害?，F(xiàn)階段，早已選用的可改進鈦合金耐磨損的熔覆原材料并不是很多，常見的有硬質(zhì)的瓷器（SiC,TiC,Al2O3,TiN和TiB2等），鎳基自熔鋁合金和瓷器/鋁合金幾種,在其中單一硬質(zhì)的瓷器激光熔覆層因為延性大，與鈦合金線膨脹系數(shù)不配對，造成很高的內(nèi)應(yīng)力，易造成熔覆層造成裂痕乃至掉下來。因此常見瓷器/鋁合金來改進鈦合金的耐磨性能，在其中鋁合金常用自熔NiCrBSi鋁合金。
Weng等在TC4鈦合金表面激光熔覆不一樣成分的SiC,在全部操作過程中，SiC與基體反映轉(zhuǎn)化成Si5Si3和TiC,該生成物的轉(zhuǎn)化成顯著提升了基體鈦合金的強度和耐磨性能。試驗結(jié)果顯示，鈦合金激光熔覆SiC后的鍍層強度做到1200HV,是基體強度的3倍多，鍍層耐磨損性能也增強了18.4~57.4倍；且伴隨著SiC加上成分的提升（小于20%（質(zhì)量濃度）），鍍層強度明顯提高到1300~1600 HV,耐磨損性能也進一步提高。
1.4熱噴涂
熱噴涂是應(yīng)用某類熱原對噴料加溫，待噴漆原材料展現(xiàn)可流動性情況后被焰流加快，再飛濺到經(jīng)前解決過的基體表面上，堆積獲得具備特殊作用鍍層的生產(chǎn)加工方式。鈦合金耐磨損改性材料所用的噴料一般為非金屬材質(zhì)鎳包高純石墨，氫氧化物金屬復(fù)合材料Al，Ni及合金制品TiN,NiCrAl,MCrAlY等。熱噴涂解決后，鍍層與基體頁面處豎直，融合不錯，并在之后的高溫空氣氧化全過程中，噴漆原材料與基體產(chǎn)生互相蔓延，產(chǎn)生冶金工業(yè)融合的蔓延層，使耐磨損性能進一步提高。Huang等曾詳細介紹，在鈦合金表面開展熱噴涂鋁鍍層，可在基體表面堆積一層防護層，但該防護層在較低溫度下硬實且具備延性，因為線膨脹系數(shù)的不配對性，易產(chǎn)生脫落。
1.5物理學(xué)液相堆積
物理學(xué)液相堆積技術(shù)是在真空泵標(biāo)準(zhǔn)下，選用物理方法，將原材料源-固態(tài)或液態(tài)表面汽化成單質(zhì)分子，分子結(jié)構(gòu)或一部分水解成正離子，并輸運至基體表面產(chǎn)生固相塑料薄膜的技術(shù)。物理學(xué)液相堆積技術(shù)關(guān)鍵包含揮發(fā)，磁控濺射和等離子噴涂等，既可制取陶瓷膜，也可制取化學(xué)物質(zhì)膜。
磁控濺射和等離子噴涂是四種常用的物理學(xué)液相堆積技術(shù),各具優(yōu)點。等離子噴涂具備延展性好，正離子動能高，融合程度大等優(yōu)勢，殊不知制取的塑料薄膜非常容易帶有熔滴等缺點。磁控濺射的優(yōu)勢包含：工作溫度低，膜層成份可控性，原材料形變較小，可鍍?yōu)R射靶材挑選覆蓋面廣等；可是膜層堆積速度比較慢。奚運濤等選用磁控濺射和等離子噴涂的辦法在TC4鈦合金表面制取了TiN膜，較為其磨擦損壞性能。結(jié)果顯示，多弧等離子噴涂和磁控濺射TiN膜層均提升了TC4鈦合金表面的耐磨損性能，多弧等離子噴涂方式獲得的膜層性能更強。
總的來說，單一鈦合金表面耐磨損改性材料技術(shù)雖可顯著提升鈦合金的顯微鏡強度和耐磨損性能，可是一些缺陷難以避免，比如干法刻蝕技術(shù)引入層的薄厚過淺，僅在μm等級范疇內(nèi)，應(yīng)用受到限制，與此同時試件規(guī)格也是有一定的限定。有機化學(xué)涂層與基體融合抗壓強度不高，涂層薄，易發(fā)生堿脆。激光熔覆技術(shù)加工工藝主要參數(shù)操縱較繁雜，且熔覆層中非常容易形成裂痕和出氣孔。熱噴涂技術(shù)不宜解決不耐熱基體，且噴得的鍍層結(jié)合性低，氣孔率大，勻稱能力差等。下列詳細介紹的一些復(fù)合型技術(shù)，能夠?qū)σ陨先秉c開展進一步的健全。
2鈦合金耐磨損復(fù)合型解決技術(shù)
當(dāng)今，在日益發(fā)展趨勢的工業(yè)生產(chǎn)需要的迫使下，復(fù)合型鍍層技術(shù)將逐步取代單一鍍層技術(shù)。微弧氧化又被稱為微等離子空氣氧化，該技術(shù)可在非金屬材料Al，Mg，Ti及其對應(yīng)的鋁合金表面，依靠高電壓，高電流量及瞬間高溫的功效，制取出具備優(yōu)良冶金工業(yè)性能的瓷器層。瓷器層主要成分是基體原點生長發(fā)育的金屬氧化物，與此同時電解液成分也會參加到微弧氧化膜層中。微弧氧化全過程中的電主要參數(shù)（如水溶液秘方，電流電壓，pwm占空比，單脈沖頻率等），都對微弧氧化膜的制取和外部經(jīng)濟構(gòu)造有較大的危害。該方式加工工藝安全性，實際操作簡單，水溶液環(huán)境保護，與此同時也具備別的解決技術(shù)無可比擬的方法簡易，膜層勻稱高密度，對零件規(guī)格限定較少等優(yōu)勢。
鈦合金微弧氧化膜具備強度高，膜基融合強度高，耐腐蝕，耐磨損等優(yōu)勢，但其膜層表面比較不光滑，且松散多孔結(jié)構(gòu)，摩擦阻力比較大，進而減少了膜層的耐磨性能，減少了反應(yīng)膜的使用期限，不利鈦合金在損壞自然環(huán)境下的運用。現(xiàn)階段，對于改進鈦合金微弧氧化膜這一缺點，俄羅斯科學(xué)院的一些科研院所進行了許多工作中，而中國針對這一難題的關(guān)心才剛發(fā)展。文中關(guān)鍵詳細介紹在微弧氧化技術(shù)的根基上，融合封孔法，鍍鋁膜法，單脈沖離子束法，水熱法和電泳原理堆積法等開展包覆解決的有關(guān)技術(shù)。
2.1微弧氧化 封孔法
因為鈦合金微弧氧化膜表面松散多孔結(jié)構(gòu)，一些學(xué)者們想方設(shè)法根據(jù)物理學(xué)，有機化學(xué)或是光電催化方式，將潤化化學(xué)物質(zhì)添充到微弧氧化膜的孔隙度中，以做到自潤滑軸承的實際效果。在其中聚四氟乙烯（PTFE）耐熱性好，在各種各樣自然環(huán)境中都具有良好的有機化學(xué)可靠性，是一種理想化的自潤滑軸承原材料。
趙暉等將PTFE顆粒添充到鈦合金微弧氧化膜層孔隙度中開展干固解決，制取PTFE復(fù)合型自潤滑軸承膜。在注漿加固解決后，透射電鏡（SEM）觀查數(shù)據(jù)顯示復(fù)合袋孔眼顯著降低，表面外貌更加整平；在之后的滑動摩擦損壞試驗中，微弧氧化膜的摩擦阻力約為0.4,而經(jīng)封孔解決的復(fù)合袋的摩擦阻力僅為0.15。杜楠等在微弧氧化鋰電池電解液中加上少量Cr2O3顆粒，根據(jù)封孔法，也使鈦合金微弧氧化復(fù)合袋的耐磨性能得到提升?，F(xiàn)階段，封孔法應(yīng)用的封孔劑多見絕緣層有機物，因而在導(dǎo)電性原材料的運用上要求較多。與此同時，封孔法解決構(gòu)造繁瑣，規(guī)格過大的零件時，用時較長，也難以涂敷及時。
2.2微弧氧化 水熱法
水熱法是在密閉式的器皿里盛滿反映物質(zhì)，運用熱原對器皿開展持續(xù)加溫，使器皿內(nèi)部做到高溫和髙壓的情況，在高溫功效下，難溶或不溶的化學(xué)物質(zhì)會產(chǎn)生融解并進一步重結(jié)晶。
Vangolu等研究了TC4鈦合金經(jīng)微弧氧化與水熱技術(shù)復(fù)合型改性材料膜的耐磨損性能。與微弧氧化解決的Ti6Al4V對比，復(fù)合袋為帶有羥基磷灰石的TiO2層。在荷載為1 N，速率為6.5 cm/s的情形下開展磨擦?xí)r，復(fù)合型解決使膜層摩擦阻力由0.6降至0.4,磨損量也由0.25減少到0.18,明顯增強了膜層的耐磨性能。但該復(fù)合袋層在高荷載下耐磨損性能變?nèi)?，不適感用以在滿負荷情況下運用。
2.3微弧氧化 單脈沖離子束
單脈沖離子束（HCPEB）表面解決技術(shù)以快速電子器件做為媒介，在十分短的時間內(nèi)將出射動能功效于原材料的表面，并引起一系列狀況，包含熔融，冷疑，氣化，提高，蔓延等，進而得到別的熱處理工藝難以達到的物理學(xué)，有機化學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。運用HCPEB法在鈦合金微弧氧化膜上制取復(fù)合型改性材料層，歸屬于鍍層重熔范圍，即事先制取出微弧氧化鍍層，隨后對空氣氧化膜增加HCPEB,開展離子束重熔，進而能夠增加膜層的勻稱高密度性，晶體優(yōu)化水平，膜基融合抗壓強度，耐磨損，耐腐蝕等特點。
杜春燕選用HCPEB法解決鈦合金微弧氧化膜，SEM觀查表明解決過的微弧氧化膜孔眼，顆粒物特點顯著消退，強度較大可做到1695 HV,且磨砂顆粒損壞征兆緩解?？墒?，復(fù)合袋表面，橫截面都存有一定的裂痕，從而造成膜層融合抗壓強度減少。與此同時，HCPEB法對微弧氧化膜表面粗糙度規(guī)定較高。現(xiàn)階段，將HCPEB與MAO融合的事例很少，有關(guān)的分析也較少。
2.4微弧氧化 鍍鋁膜
鋁合金型材較鈦合金來講，有很多類似的性能,如他們均歸屬于閥金屬材料，主要用途類似，相對密度低，比強度高，在閥金屬材料行業(yè)也是運用比較廣泛的二種金屬材料。但鈦合金和鋁合金型材經(jīng)微弧氧化解決之后的金屬氧化物性能差別非常大。鈦合金微弧氧化后產(chǎn)生空氣氧化膜的具體構(gòu)成是TiO2（金紅石和銳鈦礦）；鋁合金型材微弧氧化的關(guān)鍵物質(zhì)為Al2O3（α-Al2O3和γ-Al2O3[43]）。Al2O3的強度值在1200~1800 HV中間，顯著高過TiO2的強度值（550~1050 HV）；此外，TiO2延展性不夠，γ-Al2O3則兼?zhèn)涓呓Y(jié)構(gòu)型和延展性。因而，在強度和耐磨性能層面，鈦合金微弧氧化膜都比不上鋁合金型材微弧氧化膜。若能將鍍鋁膜技術(shù)與微弧氧化技術(shù)以適度的方式緊密結(jié)合制取出復(fù)合型鍍層，充分運用二種技術(shù)的優(yōu)勢，則可顯著改進微弧氧化后鈦合金的耐磨損，抗腐蝕等性能。與此同時，擴寬鈦合金在航天航空行業(yè)的進一步運用。
鍍鋁膜層因性能優(yōu)質(zhì)，制取方法多種多樣，經(jīng)濟收益豐厚，原料Al的資源儲藏量豐富多彩，因此一直是鍍層改性材料技術(shù)科學(xué)研究的網(wǎng)絡(luò)熱點。當(dāng)今運用于鈦合金微弧氧化膜表面鍍鋁膜的辦法各種各樣，普遍的與微弧氧化融合的鍍鋁膜技術(shù)關(guān)鍵有：熱浸鍍，多弧等離子噴涂和磁控濺射鍍鋁膜等。
2.4.1微弧氧化 磁控濺射鍍鋁膜皇甫梁璐等先在TC4鈦合金表面開展磁控濺射鍍鋁膜，磁控濺射時間為2.5 h,隨后對涂層開展微弧氧化30 min,電流強度為5 A/dm2,TC4基體微弧氧化膜及磁控濺射鍍鋁膜微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能比照表明：TC4鈦合金的強度一般約為360HV,微弧氧化后的鈦合金強度做到了基體的1.69倍，而經(jīng)微弧氧化解決的復(fù)合型涂層，其強度做到1700 HV之上，摩擦阻力也由0.38降至了0.25。此外，粘合力剖析表明，MSD/MAO復(fù)合型解決過的涂層結(jié)合性要高于單一鈦合金微弧氧化層的。
2.4.2微弧氧化 熱浸鍍鋁膜鈦合金表面熱浸鍍鋁膜，在熔化鋁劑中，鈦合金基體表面會產(chǎn)生一系列反映，包含液體Al向鈦合金基體的蔓延和相互影響。高溫?zé)釘U散系數(shù)解決后，金屬材料表面可得到高韌性，耐熱的鈦鋁合金層。假如融合微弧氧化技術(shù)，在鈦合金表面制取出雙層構(gòu)造的復(fù)合袋，銜接區(qū)的存有將進一步提高膜層融合性能，鍍層的綜合性性能也會顯著提高。
Hu等把熱浸鍍鋁膜2 min后的純Ti開展微弧氧化解決，電流強度各自為：正向10 A/dm2,負向5 A/dm2,處理時間分別為10,20,30和40 min,所得膜層呈現(xiàn)清晰的分層結(jié)構(gòu)，外層疏松多孔，內(nèi)層緊湊致密。隨微弧氧化時間的延長，氧化層厚度不斷增加，涂層粗糙度始終在1.0~1.2之間；在30 min時，復(fù)合涂層粗糙度約為1.1,表面顯微硬度達到750 HV,摩擦系數(shù)約為0.2,磨損率為0.39;在40 min獲得最高的涂層硬度和最佳耐磨性能，平均硬度值達到820 HV,摩擦系數(shù)約為0.3,磨損率僅為0.29×10-4。武媛通過熱浸鍍鋁技術(shù)在TC4鈦合金表面得到鈦鋁金屬間化合物層之后，再進行微弧氧化處理，生成基體/TiAl3合金/TiAl2O5陶瓷膜的梯度復(fù)合層；經(jīng)微弧氧化處理40 min后，表面顯微硬度達到980 HV,約為基體硬度的4倍；在載荷50 N,轉(zhuǎn)速60 r/min的條件下，復(fù)合膜磨損量僅為基體磨損量的1/4,平均摩擦系數(shù)也由基體的0.45降低到0.25。
目前熱浸鍍鋁工藝已經(jīng)成熟，但仍存在成本高、污染環(huán)境等缺點。同時，由于鍍液流動性差，難以有效地滲入復(fù)雜工件。隨著滲鋁技術(shù)的發(fā)展，一些新的滲鋁法如電泳擴散噴涂法、真空液相滲鋁、熱噴涂擴散滲鋁、真空蒸鍍法等逐漸開始替代熱浸鍍鋁并得到應(yīng)用。
2.4.3微弧氧化+多弧離子鍍鋁多弧離子鍍是離子鍍技術(shù)的一種,在切削刀具中應(yīng)用較多，也較為成功。該方法膜層沉積速率快，膜層致密度高，膜基結(jié)合強度大。將微弧氧化與多弧離子鍍兩種技術(shù)結(jié)合，可大大提高涂層的結(jié)合強度，使復(fù)合膜層的耐磨性得以增強。
卜彤等在TC4鈦合金表面多弧離子鍍鋁后進行微弧氧化，并探究不同鍍鋁工藝對復(fù)合氧化膜耐磨及耐蝕性能的影響，工藝主要圍繞處理溫度（25和250℃）和基體偏壓（-200和-300 V）展開。其中，多弧離子鍍時間為20 min,微弧氧化處理時間為30 min,電流密度為6 A/dm2。研究結(jié)果表明，負向偏壓的增大和處理溫度的升高，均能提高涂層性能，因而在250℃、-300 V的條件下，微弧氧化膜獲得了最優(yōu)的耐磨和耐蝕性能，摩擦系數(shù)達到了0.801,摩擦磨損體積僅為0.042 m3;點滴實驗中，34.47 min時才發(fā)生變色效應(yīng)。目前多弧離子鍍鋁與微弧氧化復(fù)合改性技術(shù)還不算成熟，但在耐磨改性方面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。隨著復(fù)合處理工藝的不斷優(yōu)化，鈦合金表面耐磨性能將會不斷提高。
3總結(jié)與展望
（1）提高鈦合金耐磨性的表面處理技術(shù)中，微弧氧化技術(shù)因具有制備溫度低、設(shè)備簡單、溶液環(huán)保、膜層均勻致密、對工件尺寸形狀限制較少等優(yōu)點，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
（2）將微弧氧化與其他技術(shù)復(fù)合，可改善單一微弧氧化技術(shù)制備的膜層性能，無論在耐磨、耐腐蝕性能方面。因此，復(fù)合技術(shù)是未來鈦合金耐磨技術(shù)的發(fā)展方向。
