钛合金因具备重量较轻，比强度高，耐腐蚀性好等优质特点，已广泛运用于航天航空，船只，机械设备，化工厂等行业。可是其表面强度低，耐磨性能差，耐蚀性不理想化，使钛合金在很多状况下无法达到具体使用的规定，比较严重妨碍了钛合金的进一步运用。现阶段，提升钛合金耐磨性能的表面解决技术关键有干法刻蚀，化学镀镍，激光熔覆，等离子喷涂，液相堆积和微弧氧化等。每一种单一表面技术都是有其一定的局限。近些年，选用复合型解决技术，对钛合金表面改性材料，促使其性能明显提高，解决了钛合金表面加强难题。因而，文中对于现阶段几类钛合金表面单一及复合型加强解决办法开展论述。

1钛合金耐磨损表面改性材料和镀层技术

1.1干法刻蚀干法刻蚀

技术起起源于20新世纪60时代，该技术根据在真空泵，超低温下将较高能通电正离子迅速射进到金属材料近表面，使正离子与基体产生一系列繁杂反映，从而产生新的表面改性材料铝合金层,新产生的铝合金层与基体结合性强，耐磨损实际效果提升显着。该工序的明显优势取决于既能维持金属材料基体本身性能，不更改原材料宏观经济规格，环境保护无污染，又可以大幅地改进原材料表面的抗腐蚀和抗氧化等。离子源既但是非金属材料正离子，如B,C,N等，又但是Zr,Mo,Re等金属离子。就非金属材料干法刻蚀来讲，当将B,C,O等引入钛合金表面后，会产生对应的孔状化学物质（TiB,TiC,TiO），促使原材料表面强度和耐磨性能得到提升。罗勇等将N3-引入Ti6Al4V基体表面以提升工程力学性能，转化成的TiN塑料薄膜促使钛合金表面的显微镜强度明显增强，其均值强度提升了约25%,耐磨性能为钛合金基体的2.5倍。

1.2化学镀镍

化学镀镍也被称作无电解法镀或自催化反应镀,即在沒有另加电压的条件下，运用金属材料的自催化反应，与此同时依靠镀液中的氧化剂，将分散的金属离子转变成金属材料，并匀称堆积到待镀零件表面的一种表面镀覆技术。现阶段，对于钛合金耐磨损改性材料层面，化学镀镍已由起初的单一化学镀镍Ni逐渐发展趋势到多种多样金属材料与铝合金及复合型化学镀镍的表面工艺处理，如化学镀镍Cu，Ag，Au及Sn等。复合型化学镀镍是根据原来镀液基本上添加如Al2O3,Cr2O3,SiC等固态硬质的颗粒物，使其在外力作用下与金属材料产生共堆积，进而得到比不用颗粒的涂层更强的结构力学性能。

Zangeneh-Madar等试着用化学镀镍技术在钛合金表面制做Ni-P-聚四氟乙烯（PTFE）复合型镀层，并科学研究了镀液浓度值，溫度和表面表面活性剂浓度值对涂层产生造成的危害，与此同时也研究了试样的滑动摩擦损坏特点。结果显示，Ni-P和PTFE的共堆积能够显著降低涂层的摩擦阻力，降低磨损率，提升润化性能。

相对性于电镀工艺，化学镀镍涂层具备匀称高密度，不用另加电流量供货，操作流程简易，可在塑胶等导电介质上堆积涂层等优势，且化学镀镍环境污染小，低成本。现阶段，化学镀镍因为可制取具备优良抗蚀，耐磨损的膜层，在航天航空，车辆，机械设备，化工厂等方面都获得广泛运用。

1.3激光熔覆

激光熔覆技术是一种将激光器技术与金属表面处理技术紧密结合的表面改性材料技术。该技术根据事先在基体表面喷漆或粘合粉末状原材料，或将粉末状与激光同歩运输，随后用高效率能量相对密度激光直射原材料表面，促使粉末状原材料熔融，在基体金属材料上产生较好的冶金工业结合层。因为激光熔覆时，板材熔融一部分非常少，对基体性能基本上没危害。现阶段，早已选用的可改进钛合金耐磨损的熔覆原材料并不是很多，常见的有硬质的瓷器（SiC,TiC,Al2O3,TiN和TiB2等），镍基自熔铝合金和瓷器/铝合金几种,在其中单一硬质的瓷器激光熔覆层因为延性大，与钛合金线膨胀系数不配对，造成很高的内应力，易造成熔覆层造成裂痕乃至掉下来。因此常见瓷器/铝合金来改进钛合金的耐磨性能，在其中铝合金常用自熔NiCrBSi铝合金。

Weng等在TC4钛合金表面激光熔覆不一样成分的SiC,在全部操作过程中，SiC与基体反映转化成Si5Si3和TiC,该生成物的转化成显着提升了基体钛合金的强度和耐磨性能。试验结果显示，钛合金激光熔覆SiC后的镀层强度做到1200HV,是基体强度的3倍多，镀层耐磨损性能也增强了18.4~57.4倍；且伴随着SiC加上成分的提升（小于20%（质量浓度）），镀层强度明显提高到1300~1600 HV,耐磨损性能也进一步提高。

1.4热喷涂

热喷涂是应用某类热原对喷料加温，待喷漆原材料展现可流动性情况后被焰流加快，再飞溅到经前解决过的基体表面上，堆积获得具备特殊作用镀层的生产加工方式。钛合金耐磨损改性材料所用的喷料一般为非金属材质镍包高纯石墨，氢氧化物金属复合材料Al，Ni及合金制品TiN,NiCrAl,MCrAlY等。热喷涂解决后，镀层与基体页面处竖直，融合不错，并在之后的高溫空气氧化全过程中，喷漆原材料与基体产生互相蔓延，产生冶金工业融合的蔓延层，使耐磨损性能进一步提高。Huang等曾详细介绍，在钛合金表面开展热喷涂铝镀层，可在基体表面堆积一层防护层，但该防护层在较低温度下硬实且具备延性，因为线膨胀系数的不配对性，易产生脱落。

1.5物理学液相堆积

物理学液相堆积技术是在真空泵标准下，选用物理方法，将原材料源-固态或液态表面汽化成单质分子，分子结构或一部分水解成正离子，并输运至基体表面产生固相塑料薄膜的技术。物理学液相堆积技术关键包含挥发，磁控溅射和等离子喷涂等，既可制取陶瓷膜，也可制取化学物质膜。

磁控溅射和等离子喷涂是四种常用的物理学液相堆积技术,各具优点。等离子喷涂具备延展性好，正离子动能高，融合程度大等优势，殊不知制取的塑料薄膜非常容易带有熔滴等缺点。磁控溅射的优势包含：工作温度低，膜层成份可控性，原材料形变较小，可镀溅射靶材挑选覆盖面广等；可是膜层堆积速度比较慢。奚运涛等选用磁控溅射和等离子喷涂的办法在TC4钛合金表面制取了TiN膜，较为其磨擦损坏性能。结果显示，多弧等离子喷涂和磁控溅射TiN膜层均提升了TC4钛合金表面的耐磨损性能，多弧等离子喷涂方式获得的膜层性能更强。

总的来说，单一钛合金表面耐磨损改性材料技术虽可显着提升钛合金的显微镜强度和耐磨损性能，可是一些缺陷难以避免，比如干法刻蚀技术引入层的薄厚过浅，仅在μm等级范畴内，应用受到限制，与此同时试件规格也是有一定的限定。有机化学涂层与基体融合抗压强度不高，涂层薄，易发生碱脆。激光熔覆技术加工工艺主要参数操纵较繁杂，且熔覆层中非常容易形成裂痕和出气孔。热喷涂技术不宜解决不耐热基体，且喷得的镀层结合性低，气孔率大，匀称能力差等。下列详细介绍的一些复合型技术，能够对以上缺点开展进一步的健全。

2钛合金耐磨损复合型解决技术

当今，在日益发展趋势的工业生产需要的迫使下，复合型镀层技术将逐步取代单一镀层技术。微弧氧化又被称为微等离子空气氧化，该技术可在非金属材料Al，Mg，Ti及其对应的铝合金表面，依靠高电压，高电流量及瞬间高溫的功效，制取出具备优良冶金工业性能的瓷器层。瓷器层主要成分是基体原点生长发育的金属氧化物，与此同时电解液成分也会参加到微弧氧化膜层中。微弧氧化全过程中的电主要参数（如水溶液秘方，电流电压，pwm占空比，单脉冲頻率等），都对微弧氧化膜的制取和外部经济构造有较大的危害。该方式加工工艺安全性，实际操作简单，水溶液环境保护，与此同时也具备别的解决技术无可比拟的方法简易，膜层匀称高密度，对零件规格限定较少等优势。

钛合金微弧氧化膜具备强度高，膜基融合強度高，耐腐蚀，耐磨损等优势，但其膜层表面比较不光滑，且松散多孔结构，摩擦阻力比较大，进而减少了膜层的耐磨性能，减少了反应膜的使用期限，不利钛合金在损坏自然环境下的运用。现阶段，对于改进钛合金微弧氧化膜这一缺点，俄罗斯科学院的一些科研院所进行了许多工作中，而中国针对这一难题的关心才刚发展。文中关键详细介绍在微弧氧化技术的根基上，融合封孔法，镀铝膜法，单脉冲离子束法，水热法和电泳原理堆积法等开展包覆解决的有关技术。

2.1微弧氧化 封孔法

因为钛合金微弧氧化膜表面松散多孔结构，一些学者们想方设法根据物理学，有机化学或是光电催化方式，将润化化学物质添充到微弧氧化膜的孔隙度中，以做到自润滑轴承的实际效果。在其中聚四氟乙烯（PTFE）耐热性好，在各种各样自然环境中都具有良好的有机化学可靠性，是一种理想化的自润滑轴承原材料。

赵晖等将PTFE颗粒添充到钛合金微弧氧化膜层孔隙度中开展干固解决，制取PTFE复合型自润滑轴承膜。在注浆加固解决后，透射电镜（SEM）观查数据显示复合袋孔眼显著降低，表面外貌更加整平；在之后的滑动摩擦损坏试验中，微弧氧化膜的摩擦阻力约为0.4,而经封孔解决的复合袋的摩擦阻力仅为0.15。杜楠等在微弧氧化锂电池电解液中加上少量Cr2O3颗粒，根据封孔法，也使钛合金微弧氧化复合袋的耐磨性能得到提升。现阶段，封孔法应用的封孔剂多见绝缘层有机物，因而在导电性原材料的运用上要求较多。与此同时，封孔法解决构造繁琐，规格过大的零件时，用时较长，也难以涂敷及时。

2.2微弧氧化 水热法

水热法是在密闭式的器皿里盛满反映物质，运用热原对器皿开展持续加温，使器皿內部做到高溫和髙压的情况，在高温功效下，难溶或不溶的化学物质会产生融解并进一步重结晶。

Vangolu等研究了TC4钛合金经微弧氧化与水热技术复合型改性材料膜的耐磨损性能。与微弧氧化解决的Ti6Al4V对比，复合袋为带有羟基磷灰石的TiO2层。在荷载为1 N，速率为6.5 cm/s的情形下开展磨擦时，复合型解决使膜层摩擦阻力由0.6降至0.4,磨损量也由0.25减少到0.18,明显增强了膜层的耐磨性能。但该复合袋层在高荷载下耐磨损性能变弱，不适感用以在满负荷情况下运用。

2.3微弧氧化 单脉冲离子束

单脉冲离子束（HCPEB）表面解决技术以快速电子器件做为媒介，在十分短的時间内将出射动能功效于原材料的表面，并引起一系列状况，包含熔融，冷疑，气化，提高，蔓延等，进而得到别的热处理工艺难以达到的物理学，有机化学和结构力学性能。运用HCPEB法在钛合金微弧氧化膜上制取复合型改性材料层，归属于镀层重熔范围，即事先制取出微弧氧化镀层，随后对空气氧化膜增加HCPEB,开展离子束重熔，进而能够增加膜层的匀称高密度性，晶体优化水平，膜基融合抗压强度，耐磨损，耐腐蚀等特点。

杜春燕选用HCPEB法解决钛合金微弧氧化膜，SEM观查表明解决过的微弧氧化膜孔眼，颗粒物特点显著消退，强度较大可做到1695 HV,且磨砂颗粒损坏征兆缓解。可是，复合袋表面，横截面都存有一定的裂痕，从而造成膜层融合抗压强度减少。与此同时，HCPEB法对微弧氧化膜表面粗糙度规定较高。现阶段，将HCPEB与MAO融合的事例很少，有关的分析也较少。

2.4微弧氧化 镀铝膜

铝合金型材较钛合金来讲，有很多类似的性能,如他们均归属于阀金属材料，主要用途类似，相对密度低，比强度高，在阀金属材料行业也是运用比较广泛的二种金属材料。但钛合金和铝合金型材经微弧氧化解决之后的金属氧化物性能差别非常大。钛合金微弧氧化后产生空气氧化膜的具体构成是TiO2（金红石和锐钛矿）；铝合金型材微弧氧化的关键物质为Al2O3（α-Al2O3和γ-Al2O3[43]）。Al2O3的强度值在1200~1800 HV中间，显著高过TiO2的强度值（550~1050 HV）；此外，TiO2延展性不够，γ-Al2O3则兼备高结构型和延展性。因而，在强度和耐磨性能层面，钛合金微弧氧化膜都比不上铝合金型材微弧氧化膜。若能将镀铝膜技术与微弧氧化技术以适度的方式紧密结合制取出复合型镀层，充分运用二种技术的优势，则可显着改进微弧氧化后钛合金的耐磨损，抗腐蚀等性能。与此同时，扩宽钛合金在航天航空行业的进一步运用。

镀铝膜层因性能优质，制取方法多种多样，经济收益丰厚，原料Al的資源储藏量丰富多彩，因此一直是镀层改性材料技术科学研究的网络热点。当今运用于钛合金微弧氧化膜表面镀铝膜的办法各种各样，普遍的与微弧氧化融合的镀铝膜技术关键有：热浸镀，多弧等离子喷涂和磁控溅射镀铝膜等。

2.4.1微弧氧化 磁控溅射镀铝膜皇甫梁璐等先在TC4钛合金表面开展磁控溅射镀铝膜，磁控溅射時间为2.5 h,随后对涂层开展微弧氧化30 min,电流强度为5 A/dm2,TC4基体微弧氧化膜及磁控溅射镀铝膜微弧氧化膜的结构力学性能比照表明：TC4钛合金的强度一般约为360HV,微弧氧化后的钛合金强度做到了基体的1.69倍，而经微弧氧化解决的复合型涂层，其强度做到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复合型解决过的涂层结合性要高于单一钛合金微弧氧化层的。

2.4.2微弧氧化 热浸镀铝膜钛合金表面热浸镀铝膜，在熔化铝剂中，钛合金基体表面会产生一系列反映，包含液体Al向钛合金基体的蔓延和相互影响。高溫热扩散系数解决后，金属材料表面可得到高韧性，耐热的钛铝合金层。假如融合微弧氧化技术，在钛合金表面制取出双层构造的复合袋，衔接区的存有将进一步提高膜层融合性能，镀层的综合性性能也会显着提高。

Hu等把热浸镀铝膜2 min后的纯Ti开展微弧氧化解决，电流强度各自为：正向10 A/dm2,负向5 A/dm2,处理时间分别为10,20,30和40 min,所得膜层呈现清晰的分层结构，外层疏松多孔，内层紧凑致密。随微弧氧化时间的延长，氧化层厚度不断增加，涂层粗糙度始终在1.0~1.2之间；在30 min时，复合涂层粗糙度约为1.1,表面显微硬度达到750 HV,摩擦系数约为0.2,磨损率为0.39;在40 min获得最高的涂层硬度和最佳耐磨性能，平均硬度值达到820 HV,摩擦系数约为0.3,磨损率仅为0.29×10-4。武媛通过热浸镀铝技术在TC4钛合金表面得到钛铝金属间化合物层之后，再进行微弧氧化处理，生成基体/TiAl3合金/TiAl2O5陶瓷膜的梯度复合层；经微弧氧化处理40 min后，表面显微硬度达到980 HV,约为基体硬度的4倍；在载荷50 N,转速60 r/min的条件下，复合膜磨损量仅为基体磨损量的1/4,平均摩擦系数也由基体的0.45降低到0.25。

目前热浸镀铝工艺已经成熟，但仍存在成本高、污染环境等缺点。同时，由于镀液流动性差，难以有效地渗入复杂工件。随着渗铝技术的发展，一些新的渗铝法如电泳扩散喷涂法、真空液相渗铝、热喷涂扩散渗铝、真空蒸镀法等逐渐开始替代热浸镀铝并得到应用。

2.4.3微弧氧化+多弧离子镀铝多弧离子镀是离子镀技术的一种,在切削刀具中应用较多，也较为成功。该方法膜层沉积速率快，膜层致密度高，膜基结合强度大。将微弧氧化与多弧离子镀两种技术结合，可大大提高涂层的结合强度，使复合膜层的耐磨性得以增强。

卜彤等在TC4钛合金表面多弧离子镀铝后进行微弧氧化，并探究不同镀铝工艺对复合氧化膜耐磨及耐蚀性能的影响，工艺主要围绕处理温度（25和250℃）和基体偏压（-200和-300 V）展开。其中，多弧离子镀时间为20 min,微弧氧化处理时间为30 min,电流密度为6 A/dm2。研究结果表明，负向偏压的增大和处理温度的升高，均能提高涂层性能，因而在250℃、-300 V的条件下，微弧氧化膜获得了最优的耐磨和耐蚀性能，摩擦系数达到了0.801,摩擦磨损体积仅为0.042 m3;点滴实验中，34.47 min时才发生变色效应。目前多弧离子镀铝与微弧氧化复合改性技术还不算成熟，但在耐磨改性方面具有一定的技术优势。随着复合处理工艺的不断优化，钛合金表面耐磨性能将会不断提高。

3总结与展望

（1）提高钛合金耐磨性的表面处理技术中，微弧氧化技术因具有制备温度低、设备简单、溶液环保、膜层均匀致密、对工件尺寸形状限制较少等优点，具有明显的技术优势。

（2）将微弧氧化与其他技术复合，可改善单一微弧氧化技术制备的膜层性能，无论在耐磨、耐腐蚀性能方面。因此，复合技术是未来钛合金耐磨技术的发展方向。