焊接行业联动，特邀主编助阵——《电焊机》杂志第6期“钛合金焊接专刊”重磅推出
钛及钛合金表面涂层制备办法探索近况王永东1常萌阳1王金宇1郑永杰2任远达1
（1.黑龙江科技大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨；2.华夏呆板总院团体,北京）
DOI：10./j.issn.-..06.05
纲要跟着钛合金运用规模继续扩展，对其本能也提议了更高的请求，钛合金的表面改性成为探索热点。综述了激光熔覆、微弧氧化和喷涂技能在钛合金表面改性中的运用，解析了各式办法的探索起色、影响涂层品质和本能的要素，并对其存在的题目和起色趋向施行了归纳。激光熔覆技能在钛合金涂层的运用，首要采取自生制备陶瓷涂层，该办法加强相与基体贯串界面明净，结协力较大，谢绝易零落；钛合金微弧氧化较为热点的为激光复合微弧氧化技能，但其运用还存在氧化膜的膜基贯串和膜层多孔题目，影响基材的耐蚀性；冷喷涂技能在钛合金表面制备喷涂涂层完备制备温度低、涂层堆积率较高、孔隙率低等特色，对冷喷涂钛合金涂层调控权谋首要在喷涂参数、粉末形态、基体形态和喷嘴等方面，将来的探索趋向是冷喷涂技能与其余技能如激光熔覆、搅拌冲突焊等的合并。关键词钛合金；激光熔覆；微弧氧化；喷涂0序论钛合金具备比强度高、低温本能好、生物兼容性优越等特色，普及运用于航空、航天、生物医学和汽车等畛域。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弱点束缚，难以适应繁杂的从军前提。今朝急需处分的题目是怎样擢升钛合金表面硬度、耐磨性、高温抗氧化本能以及生物活性，从而扩展其运用规模［1-9］。为了充足表现钛合金的上风，处分其硬度低、耐磨性差等题目，国表里很多学者开展了钛合金表面改性技能方面的探索处事，首要包含激光熔覆、微弧氧化、热/冷喷涂、表面渗碳/氮等，此中激光熔覆技能的运用最为普及［10-11］。本文综述了现阶段钛合金表面激光熔覆、微弧氧化和冷喷涂陶瓷涂层的探索近况，并对关联探索施行了预计。1激光熔覆技能钛合金激光熔覆表面改性技能始末了从激光表面淬火到激光表面重熔再到激光表面合金化以及激光熔覆的流程。激光熔覆技能具备很多长处［12-14］：激光熔覆涂层与基材呈冶金贯串，其结协力较强，并且较高的冷却速度使涂层机关细化，布局精细，进一步加强了涂层品质；可经过计算不同成份的熔覆材料取得不同本能的涂层；可在低熔点的金属表面熔覆高熔点的合金；熔覆涂层的厚度可控，并可施行选区熔覆等。采取激光熔覆技能在钛合金表面制备功用性熔覆层，一般采取自熔性合金粉末，包含Ni基、Co基、Fe基和金属基陶瓷复合材料。激光熔覆经过引入或原位自生加强相或自光滑相改观基体表面本能，故相的品种、含量和散布等要素决议了涂层的本能。罕用的涂层加强相为TiC、TiBx、TiN和WC等硬质陶瓷相［15-16］。在激光熔覆陶瓷粉末流程中，陶瓷材料与钛合金基材产生反响生成新的陶瓷相来改观钛合金的表面本能。覃鑫［17］等在钛合金表面激光熔覆NiCrCoAlY+20%Cr3C2粉末制备耐冲突磨损及高温抗氧化的复合涂层。经过公道的工艺参数计算，取得的熔覆区显微机关布局精细、成形优异、无气孔和裂纹等机关毛病，涂层内部机关由树枝晶、针状晶以及树枝晶的共晶机关构成（见图1）；复合涂层的最高显微硬度为HV（见图2），约为钛合金基体（HV）的3.8倍，℃具备较好的高温抗氧化本能（见图3）。图1熔覆层的SEM描写［15］Fig.1SEMofcladdinglayer［15］图2显微硬度散布弧线［15］Fig.2Microhardnessdistributioncurves［15］图3℃的氧化动力学弧线［15］Fig.3Oxidationkineticscurvesof℃［15］在激光熔覆流程中外加法的陶瓷材料的涂层与钛合金基体结协力不高，轻易开裂，孕育孔洞等题目［18-19］。其首要原由首先是陶瓷颗粒与基体钛合金的热膨胀系数等物理本能出入较大，致使涂层存在较大的残剩应力；其次从材料的键合方法角度解析，钛合金键合方法为金属键，而陶瓷材料的贯串方法为共价键或离子键，钛合金和陶瓷材料的晶体布局也不类似，因而钛合金与陶瓷材料之间的相容性差。其它激光熔覆属于快热和快冷的流程，涂层内部会孕育较大的拉应力，残剩拉应力高出涂层材料的抗拉强度时即开裂。安强［20］在TA15钛合金表面激光熔覆原位合成TiC加强钛基复合涂层。探索发掘，周全涂层机关由平面晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶构成；由XRD解析可知，涂层首要由β-Ti、Co3Ti、CrTi4和原位自生的TiC物相构成，涂层与基体孕育了优异的冶金贯串；涂层的显微硬度最高值为HV，约为TA15基体显微硬度的2.1倍（见图4）；涂层具备较好的抗磨本能，磨损机制为磨粒磨损。行使原位合成陶瓷材料的办法即经过化学反响生成陶瓷涂层，加强相与基体贯串界面明净，结协力较大，谢绝易零落。不过化学反响流程没法管束，会有无益杂质的生成相［21］。是以原位自生法制备陶瓷涂层怎样详悉调控反响流程，是将来探索的中心。图4激光熔覆各微区的显微硬度散布和压痕的金相描写［18］
Fig.4Microhardnessdistributioncurveofeachzoneinthecoatingandmetallographicmorphologyofsomecoatingindentation
激光熔覆技能始末了从单层熔覆层，到多层熔覆层、复合熔覆层以及梯度涂层探索的起色流程，跟着技能的继续探索改革，涌现了很多新式激光熔覆技能［22］，比如环形激光熔覆技能。该技能是一项行使中空环形的聚焦高能激光束和光内运送的熔覆材料同轴耦合营用于基体表面的典范材料堆积加工技能，具备扫描方位不受限、熔覆材料品种多、材料行使率高和熔覆流程可干涉性强等长处，与保守激光熔覆技能比拟，其在激光能量行使率、熔覆材料堆积率、光料耦合精度、熔覆流程波动性及熔覆层贯串品质等方面均有大幅擢升，在激光金属堆积畛域有着庞大的起色潜力，因而备受