前言
钛(tai)合(he)金(jin)具有比(bi)强度高、低温性(xing)能好、生物兼容性优(you)异等特(te)点，广泛(fan)应用(yong)于(yu)航(hang)空、航天(tian)、生(sheng)物医(yi)学(xue)和汽车等(deng)领(ling)域。但同(tong)时钛合(he)金(jin)受硬(ying)度(du)低、耐磨性(xing)差、高(gao)温(wen)易(yi)氧(yang)化以(yi)及生物活性低等缺点限制(zhi)，难(nan)以(yi)适应复(fu)杂的(de)服(fu)役(yi)条(tiao)件(jian)。目前(qian)急需解决(jue)的(de)问(wen)题(ti)是(shi)如(ru)何(he)提高钛(tai)合(he)金表(biao)面(mian)硬度、耐磨(mo)性(xing)、高(gao)温抗(kang)氧化(hua)性能(neng)以及生物(wu)活(huo)性，进(jin)而扩(kuo)大(da)其应用范围［1-9］。为了(le)充(chong)分(fen)发挥 钛合金的优(you)势(shi)，解决(jue)其硬(ying)度(du)低、耐(nai)磨性差(cha)等问题(ti)，国(guo)内(nei)外(wai)许(xu)多学(xue)者(zhe)开展(zhan)了钛合金(jin)表面改(gai)性(xing)技(ji)术(shu)方面的研(yan)究(jiu)工作(zuo)，主要(yao)包括(kuo)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)、微(wei)弧氧化(hua)、热/冷喷(pen)涂(tu)、表(biao)面(mian)渗碳(tan)/氮(dan)等(deng)，其中激光(guang)熔(rong)覆技(ji)术(shu)的(de)应(ying)用(yong)最为广泛［10-11］。本(ben)文综(zong)述(shu)了(le)现(xian)阶(jie)段钛合金表面激(ji)光熔(rong)覆、微弧(hu)氧(yang)化和冷(leng)喷涂(tu)陶瓷涂(tu)层的研究现状(zhuang)，并(bing)对相关(guan)研究进行(xing)了(le)展望(wang)。
1、 激光熔覆(fu)技术(shu)
钛(tai)合(he)金(jin)激光熔(rong)覆(fu)表(biao)面(mian)改(gai)性(xing)技术经(jing)历了从(cong)激光(guang)表(biao)面淬火(huo)到激(ji)光表面(mian)重(zhong)熔再(zai)到激(ji)光表(biao)面合金(jin)化以及激(ji)光熔覆(fu)的(de)过程。激(ji)光熔(rong)覆(fu)技(ji)术(shu)具有许(xu)多(duo)优(you)点(dian)［12-14］：激光熔覆(fu)涂(tu)层与(yu)基(ji)材呈(cheng)冶(ye)金结(jie)合(he)，其结(jie)合(he)力(li)较(jiao)强，而(er)且(qie)较高(gao)的(de)冷(leng)却速率使涂(tu)层(ceng)组(zu)织(zhi)细(xi)化(hua)，结构致(zhi)密，进(jin)一步(bu)强(qiang)化(hua)了(le)涂(tu)层质量；可(ke)通(tong)过设计不(bu)同成(cheng)分的熔覆(fu)材(cai)料得(de)到不同性(xing)能(neng)的涂层(ceng)；可(ke)在(zai)低熔点的金(jin)属(shu)表(biao)面熔覆高熔点(dian)的(de)合金；熔(rong)覆(fu)涂(tu)层的厚度(du)可控，并可(ke)进(jin)行选区(qu)熔覆等。
采(cai)用激光(guang)熔(rong)覆技(ji)术(shu)在(zai)钛合金表面(mian)制备(bei)功能(neng)性(xing)熔(rong)覆层(ceng)，通常(chang)采用(yong)自(zi)熔性(xing)合(he)金(jin)粉末(mo)，包(bao)括(kuo)Ni 基(ji)、Co基(ji)、Fe 基(ji)和(he)金(jin)属基陶(tao)瓷(ci)复合材(cai)料(liao)。激光熔(rong)覆通(tong)过(guo)引入(ru)或原(yuan)位(wei)自(zi)生增(zeng)强相(xiang)或(huo)自(zi)润滑相改(gai)善基(ji)体表(biao)面(mian)性(xing)能(neng)，故相(xiang)的种(zhong)类(lei)、含(han)量(liang)和(he)分布(bu)等因素(su)决定了涂层(ceng)的性(xing)能(neng)。常用的(de)涂层增强相(xiang)为(wei)TiC、TiBx、TiN 和(he)WC等硬(ying)质(zhi)陶瓷(ci)相［15-16］。
在激(ji)光熔(rong)覆陶(tao)瓷(ci)粉末(mo)过(guo)程(cheng)中，陶(tao)瓷(ci)材料(liao)与钛合(he)金基材发生反(fan)应(ying)生成(cheng)新(xin)的陶瓷相来(lai)改善钛合金的(de)表面性(xing)能(neng)。覃(tan)鑫(xin)［17］等(deng)在(zai)钛(tai)合金表面(mian)激(ji)光熔覆(fu)NiCrCoAlY+20%Cr3C2粉(fen)末制(zhi)备耐摩擦磨(mo)损(sun)及(ji)高温(wen)抗(kang)氧(yang)化的复(fu)合(he)涂层。通过(guo)合理(li)的(de)工(gong)艺参数(shu)设(she)计(ji)，获得(de)的熔(rong)覆(fu)区(qu)显(xian)微组(zu)织(zhi)结(jie)构(gou)致(zhi)密(mi)、成(cheng)形(xing)良好(hao)、无(wu)气(qi)孔和(he)裂纹(wen)等组织(zhi)缺(que)陷(xian)，涂层内(nei)部(bu)组(zu)织(zhi)由(you)树(shu)枝(zhi)晶、针状(zhuang)晶(jing)以及树(shu)枝晶的共(gong)晶(jing)组织(zhi)组(zu)成(cheng)（见图1）；复合(he)涂(tu)层的最高(gao)显微硬(ying)度为(wei)1 344 HV（见(jian)图2），约(yue)为(wei)钛(tai)合金(jin)基(ji)体（350 HV）的(de)3.8 倍(bei)，850 ℃具(ju)有较好的(de)高温抗(kang)氧(yang)化性能(neng)（见图(tu)3）。
在(zai)激(ji)光(guang)熔(rong)覆过程中外加法(fa)的(de)陶(tao)瓷材(cai)料(liao)的涂层(ceng)与(yu)钛(tai)合金基(ji)体结合力(li)不(bu)高，容(rong)易(yi)开(kai)裂，产(chan)生(sheng)孔洞等(deng)问(wen)题［18-19］。其(qi)主要原因首先是陶瓷(ci)颗(ke)粒与(yu)基(ji)体钛合金(jin)的(de)热膨(peng)胀(zhang)系(xi)数(shu)等(deng)物(wu)理(li)性(xing)能相差较大，导致涂层(ceng)存(cun)在(zai)较大的残余(yu)应力(li)；其(qi)次(ci)从材料(liao)的键(jian)合方式(shi)角(jiao)度分(fen)析(xi)，钛合(he)金(jin)键合(he)方式(shi)为(wei)金属键(jian)，而(er)陶瓷(ci)材料(liao)的结(jie)合方式(shi)为共价键或(huo)离(li)子(zi)键(jian)，钛(tai)合(he)金(jin)和(he)陶瓷材(cai)料的晶(jing)体结构也不相(xiang)同，因(yin)此钛合(he)金(jin)与(yu)陶瓷材料之(zhi)间的(de)相(xiang)容(rong)性差。另外(wai)激光(guang)熔覆(fu)属于(yu)快(kuai)热和(he)快(kuai)冷的(de)过程，涂(tu)层内(nei)部会(hui)产(chan)生较大的拉应力，残余拉(la)应(ying)力超过(guo)涂(tu)层(ceng)材料(liao)的抗(kang)拉强度(du)时(shi)即(ji)开(kai)裂(lie)。
安(an)强［20］在(zai)TA15 钛合金(jin)表(biao)面激(ji)光(guang)熔(rong)覆原(yuan)位合成(cheng)TiC 增强钛基复(fu)合涂层。研(yan)究(jiu)发现，整个(ge)涂(tu)层组(zu)织由(you)平(ping)面(mian)晶(jing)、柱状(zhuang)晶(jing)、树(shu)枝(zhi)晶(jing)和等轴晶(jing)组(zu)成(cheng)；由(you)XRD分(fen)析(xi)可知(zhi)，涂层主(zhu)要由(you)β-Ti、Co3Ti、CrTi4和(he)原位(wei)自生的(de)TiC 物(wu)相(xiang)组成，涂层与(yu)基体(ti)形成了良好(hao)的(de)冶金(jin)结(jie)合(he)；涂层(ceng)的显微(wei)硬(ying)度(du)最高值(zhi)为(wei)715 HV，约(yue)为(wei)TA15 基体(ti)显(xian)微硬(ying)度(du)的2.1 倍（见图(tu)4）；涂层具有(you)较好(hao)的抗磨(mo)性(xing)能，磨损(sun)机(ji)制为磨粒(li)磨(mo)损(sun)。利(li)用(yong)原(yuan)位(wei)合成(cheng)陶瓷材(cai)料(liao)的方法(fa)即通(tong)过化(hua)学反(fan)应生(sheng)成(cheng)陶瓷涂层，增强(qiang)相与基(ji)体结(jie)合界面(mian)干(gan)净，结(jie)合力(li)较(jiao)大，不(bu)容易脱(tuo)落。但是化(hua)学(xue)反(fan)应(ying)过程无(wu)法控制(zhi)，会(hui)有(you)有(you)害杂(za)质的(de)生(sheng)成(cheng)相［21］。所以(yi)原(yuan)位自生法制(zhi)备陶(tao)瓷涂(tu)层如何精确(que)调控反应过(guo)程(cheng)，是未来研究的重点。
激(ji)光(guang)熔(rong)覆技(ji)术(shu)经(jing)历了从(cong)单层(ceng)熔(rong)覆(fu)层，到(dao)多层(ceng)熔覆(fu)层、复合(he)熔覆(fu)层以(yi)及梯(ti)度涂(tu)层(ceng)研究的发(fa)展过程，随着技(ji)术(shu)的(de)不(bu)断(duan)研(yan)究(jiu)改(gai)进(jin)，出(chu)现了许多(duo)新型(xing)激(ji)光熔覆技(ji)术(shu)［22］，例如(ru)环(huan)形(xing)激光(guang)熔(rong)覆(fu)技术。该(gai)技(ji)术是(shi)一(yi)项(xiang)利(li)用(yong)中(zhong)空(kong)环(huan)形(xing)的聚焦高能(neng)激光(guang)束(shu)和(he)光内输送的熔覆材(cai)料同轴耦合(he)作(zuo)用(yong)于(yu)基体(ti)表(biao)面的(de)典(dian)型材(cai)料沉积加工(gong)技术(shu)，具(ju)有扫(sao)描方(fang)向(xiang)不(bu)受限(xian)、熔覆(fu)材料种类(lei)多(duo)、材(cai)料(liao)利用率(lv)高(gao)和(he)熔(rong)覆(fu)过(guo)程(cheng)可(ke)干(gan)预性强等(deng)优点，与传(chuan)统激光(guang)熔覆技术(shu)相比，其在(zai)激(ji)光(guang)能(neng)量(liang)利用率(lv)、熔(rong)覆(fu)材料沉积(ji)率、光料(liao)耦(ou)合(he)精度、熔(rong)覆(fu)过程稳(wen)定性及熔覆层结(jie)合质(zhi)量等(deng)方(fang)面均有(you)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)，在(zai)激光金属沉积领(ling)域(yu)有(you)着(zhe)巨大(da)的发展潜(qian)力，因(yin)此(ci)备受(shou)关注［23］。在钛(tai)合金(jin)表面(mian)利(li)用该方(fang)法(fa)制备(bei)熔(rong)覆(fu)层(ceng)目(mu)前(qian)未(wei)见(jian)报道(dao)，学(xue)者(zhe)可以(yi)开(kai)展此(ci)方(fang)面(mian)的(de)研(yan)究工作(zuo)。
激(ji)光熔(rong)覆(fu)在钛合金(jin)表(biao)面(mian)熔(rong)覆(fu)材(cai)料发(fa)展潜(qian)力较大，但是目前没有工(gong)业(ye)化(hua)生(sheng)产(chan)，未(wei)来(lai)的发(fa)展(zhan)主(zhu)要(yao)在(zai)以下(xia)方面［10-11］：开(kai)发宽(kuan)域(yu)的(de)新(xin)型(xing)陶瓷(ci)熔覆材(cai)料体(ti)系；涂层的(de)形(xing)成(cheng)过程(cheng)、形(xing)成(cheng)机制的(de)调控(kong)；熔覆(fu)涂(tu)层(ceng)的(de)裂(lie)纹(wen)和(he)缺陷(xian)的(de)控制(zhi)。
2 、微(wei)弧(hu)氧(yang)化(hua)技术
微弧氧化(hua)技术(shu)是(shi)在阳(yang)极氧化(hua)基(ji)础上(shang)发(fa)展(zhan)起来(lai)的(de)表(biao)面(mian)改性(xing)技(ji)术(shu)。钛合金(jin)微弧(hu)氧化(hua)（MAO）［24］是(shi)一种在(zai)钛(tai)及(ji)钛合(he)金(jin)表(biao)面原位生(sheng)长成(cheng)氧化物(wu)陶瓷膜(mo)，这(zhe)种(zhong)陶瓷(ci)膜与基(ji)体(ti)结合(he)强(qiang)度高(gao)，可(ke)以提(ti)升钛(tai)合金的抗磨损、耐腐蚀和绝(jue)缘性(xing)［25］。钛(tai)及(ji)钛(tai)合(he)金(jin)微弧氧(yang)化(hua)是(shi)将Ti、Mg、Al 等(deng)金(jin)属置(zhi)于(yu)电解(jie)液中(zhong)，在电(dian)源作用下基体(ti)表(biao)面产生(sheng)放电出(chu)现(xian)高(gao)温(wen)、高压(ya)；在高(gao)温(wen)高(gao)压(ya)作用(yong)下(xia)基(ji)体(ti)表面熔化与游(you)离离子相互作用(yong)，然后进(jin)行氧(yang)化、融(rong)合，最后在金属表(biao)面沉(chen)积成(cheng)膜［26-30］。
李玉海(hai)［31］等通(tong)过微弧氧(yang)化方法分(fen)别(bie)向(xiang)电(dian)解液中(zhong)添加陶(tao)瓷(ci)颗(ke)粒(li)SiC 和(he)SiO2在TC4钛合金(jin)表(biao)面(mian)制备复(fu)合陶(tao)瓷膜。氧化(hua)膜表(biao)面(mian)孔洞(dong)微小(xiao)，膜层(ceng)致密(mi)性较(jiao)高，陶瓷膜(mo)组(zu)织(zhi)主要有(you)α-SiC 和(he)β-SiC 相(xiang)，SiO2颗(ke)粒(li)的(de)添(tian)加(jia)使(shi)得(de)膜层摩(mo)擦(ca)系数波动(dong)平稳(wen)且波动范围(wei)仅(jin)在(zai)0.15~0.2。相同实验条件下添加SiC 颗(ke)粒(li)的(de)陶瓷(ci)膜耐(nai)磨性(xing)比未(wei)添(tian)加陶瓷(ci)颗(ke)粒(li)的耐磨性(xing)提高75%，而含(han)有SiO2颗(ke)粒(li)的膜层相(xiang)对基(ji)体(ti)提(ti)高(gao)130%。在摩擦(ca)磨(mo)损实验过程中(zhong)，添(tian)加SiC 颗粒的陶瓷膜表面(mian)仅有轻(qing)微(wei)犁沟(gou)痕迹，含(han)有(you)SiO2的膜(mo)层(ceng)表(biao)面磨(mo)损最(zui)轻(qing)微，只出(chu)现粘着磨(mo)损的痕(hen)迹，膜层(ceng)耐(nai)磨(mo)性(xing)能均(jun)得(de)到提升。
解念锁［32］等(deng)在(zai)Na2SiO3、Na3PO4电(dian)解液中(zhong)对TC4表(biao)面(mian)进(jin)行微弧(hu)氧(yang)化(hua)制备抗(kang)氧化膜(mo)层。微弧氧(yang)化(hua)膜层的(de)SEM 形貌细小、均(jun)匀、多孔(kong)，主(zhu)要(yao)由(you)Al2SiO5和(he)Al2TiO5组成，在750 ℃循(xun)环氧化(hua)100 h 后(hou)，经(jing)300 V电(dian)压微(wei)弧(hu)氧化(hua)60 min 的TC4 钛合(he)金(jin)的氧(yang)化(hua)增(zeng)重(zhong)为7.8 mg/cm2，而(er)未经(jing)微(wei)弧氧(yang)化(hua)处(chu)理的TC4 钛合(he)金(jin)氧化增(zeng)重(zhong)为(wei)30.51 mg/cm2。并(bing)且随着微(wei)弧氧化时间的增加和(he)电(dian)压(ya)的(de)增大，微弧氧化TC4钛(tai)合(he)金(jin)的高温抗(kang)氧(yang)化(hua)性能也(ye)有所增强(qiang)。
杨(yang)泽慧［33］等(deng)人(ren)在TC4 合金(jin)表(biao)面微弧(hu)氧化(hua)原(yuan)位(wei)自生自(zi)润滑(hua)MoS2/TiO2膜(mo)层（见(jian)图5），讨(tao)论了(le)原(yuan)位反应中(zhong)Na2S 添(tian)加量对(dui)膜(mo)层微(wei)观(guan)结(jie)构及耐(nai)磨(mo)性能(neng)的影(ying)响(xiang)。通过控制Na2S 浓度(du)可(ke)实现原位生成(cheng)小(xiao)尺寸(cun)MoS2颗(ke)粒(li)，且(qie)其(qi)含(han)量和形态(tai)可控(kong)，原位(wei)自(zi)生MoS2膜层的(de)耐磨(mo)性较传统微(wei)弧氧(yang)化(hua)膜层或(huo)直接添(tian)加MoS2颗(ke)粒(li)所(suo)得(de)膜(mo)层(ceng)分(fen)别提(ti)高(gao)了(le)395.4%、129.4%；膜基结
合(he)力(li)较(jiao)传(chuan)统(tong)微(wei)弧氧(yang)化提高了(le)约87%，达(da)到(dao)723.8 N，说明原(yuan)位自(zi)生(sheng)微(wei)弧氧化在(zai)保(bao)证(zheng)良(liang)好(hao)的(de)自(zi)润(run)滑效果(guo)的同时(shi)改(gai)善(shan)了膜基(ji)结(jie)合(he)力(li)。
微弧氧(yang)化技术(shu)的研究已(yi)经历了几十年的发(fa)展(zhan)历(li)程，从(cong)交流(liu)微弧氧化(hua)技术到(dao)现在较为(wei)热门的(de)激(ji)光复(fu)合(he)微弧氧(yang)化(hua)技术(shu)［34］。Wang 等［35］将(jiang)TC4钛(tai)合金进行激(ji)光表(biao)面(mian)重(zhong)熔(rong)、微弧氧化(hua)处(chu)理(li)，得(de)到(dao)多孔(kong)生(sheng)物陶瓷涂层。通过(guo)激光(guang)表面重熔(rong)预(yu)处(chu)理降(jiang)低基材的(de)表(biao)面粗(cu)糙度(du)，提(ti)高(gao)微(wei)弧氧化(hua)涂层(ceng)的(de)均匀(yun)性(xing)和密度，同时(shi)减少厚度，与(yu)未(wei)处(chu)理的(de)样(yang)品(pin)相比(bi)具(ju)有(you)最佳(jia)的(de)耐(nai)腐(fu)蚀性，表面(mian)粗(cu)糙度(du)最(zui)低(di)，孔隙(xi)率(lv)较(jiao)低(di)。
钛合金微(wei)弧(hu)氧(yang)化(hua)也存(cun)在急(ji)需(xu)解决(jue)的(de)技(ji)术问题：
（1）单位面(mian)积耗能较(jiao)大(da)；（2）氧化(hua)膜(mo)的(de)膜基(ji)结合(he)问(wen)题(ti)；（3）膜(mo)层(ceng)多孔(kong)问题(ti)，影响基材的(de)耐(nai)蚀(shi)性。
3 、喷涂
喷(pen)涂技(ji)术(shu)是在(zai)不改变基体其他性(xing)能的条(tiao)件下，通过(guo)某(mou)种热源(yuan)或者(zhe)动力(li)源(yuan)将(jiang)材(cai)料形成高(gao)速(su)粒子流(liu)，喷(pen)向(xiang)基(ji)体(ti)上(shang)不断沉积(ji)形(xing)成(cheng)具有(you)一定功能(neng)的(de)涂层［36］，其特(te)点(dian)是(shi)工艺(yi)简便(bian)、应用(yong)范围较广［37-39］。近年来，研究(jiu)人员(yuan)在传(chuan)统(tong)喷涂(tu)技术(shu)基础上(shang)发(fa)展(zhan)出(chu)超音(yin)速(su)火(huo)焰喷涂、超(chao)音速等离子(zi)喷(pen)涂、反应(ying)热(re)喷涂(tu)和冷喷(pen)涂等(deng)工艺［40-42］。
钛(tai)合(he)金的(de)氧活性(xing)很(hen)高(gao)，传统的(de)热喷(pen)涂(tu)技术(shu)不(bu)适合制(zhi)备(bei)钛及钛(tai)合金涂(tu)层；冷喷(pen)涂作为(wei)新兴(xing)的喷涂(tu)技术由(you)于(yu)制(zhi)备温(wen)度低(di)、涂层(ceng)沉积率较高(gao)、孔隙率低(di)和结合强(qiang)度较(jiao)高等(deng)特(te)点，在钛合金(jin)表(biao)面制备(bei)涂层(ceng)具有(you)独特(te)优(you)势［43-50］。因(yin)为(wei)冷(leng)喷(pen)涂(tu)主要是高(gao)速飞行的(de)粒子在撞(zhuang)击(ji)基体时(shi)发生(sheng)严(yan)重(zhong)的塑性(xing)变形，从(cong)而实(shi)现(xian)涂层沉(chen)积，对于(yu)金(jin)属材料(liao)来讲，面(mian)心立方金(jin)属(shu)的Al、Cu等 滑移(yi)系(xi)较(jiao)多(duo)，较(jiao)易(yi)发生(sheng)塑性(xing)变(bian)形(xing)，而对(dui)于(yu)密排六方金(jin)属的Ti、Co等，滑移系(xi)统(tong)较(jiao)少、塑(su)性(xing)较差(cha)［51］。李(li)文亚(ya)等(deng)［52］以(yi)空气为(wei)喷涂(tu)气(qi)体(ti)，在气体(ti)温度(du)520 ℃、压力(li)2.8 MPa的(de)条(tiao)件下(xia)，制备(bei)了纯(chun)钛(tai)和(he)钛合(he)金(jin)涂层，发现(xian)两种涂层(ceng)的(de)孔隙率(lv)分(fen)别高达(da)5.1% 和(he)22.4%，而孔隙往往(wang)存在(zai)于(yu)有(you)限(xian)变形的(de)粒子之(zhi)间(jian)，所(suo)以影(ying)响了涂层性(xing)能。
近(jin)年(nian)来(lai)，国(guo)内外(wai)学者从喷(pen)涂(tu)参(can)数(shu)、粉(fen)末状态、喷嘴及(ji)基(ji)体(ti)等不(bu)同方面(mian)对冷喷(pen)涂钛及钛(tai)合(he)金涂(tu)层(ceng)进(jin)行了(le)组织调控。李(li)海升(sheng)［53］等(deng)在TC4 钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面冷(leng)喷涂制(zhi)备(bei)CuNiIn 涂层(ceng)，研究(jiu)其组(zu)织结(jie)构(gou)和(he)微动磨(mo)损(sun)性能(neng)，涂(tu)层(ceng)的(de)孔(kong)隙率仅为2.8%，最(zui)高(gao)硬(ying)度可达(da)到300 HV，磨(mo)损(sun)机理(li)为(wei)粘着(zhe)磨损(sun)和磨粒(li)磨(mo)损。李(li)长久等［54］分(fen)别采用(yong)N2和(he)He两(liang)种气(qi)体作(zuo)为(wei)喷(pen)涂气体制备 了(le)Ti 涂(tu)层(ceng)，结果(guo)表明(ming)，用(yong)惰性(xing)气(qi)体(ti)He制(zhi)备(bei)的涂(tu)层(ceng)其(qi)组(zu)织更加(jia)致(zhi)密(mi)，主要(yao)原因(yin)是(shi)在(zai)He条(tiao)件下粒子能获得(de)更大的(de)速(su)度，从(cong)而(er)发(fa)生更(geng)充分的(de)变(bian)形(xing)。Pelletier J L等［55］研究发现喂料速度(du)和(he)粉末(mo)流(liu)动(dong)速度(du)越(yue)高，涂层孔隙率越高(gao)，厚(hou)度(du)越(yue)厚(hou)，其原(yuan)因(yin)可能(neng)是低(di)的(de)喂(wei)料速度能(neng)够(gou)减(jian)小后面粒(li)子(zi)与(yu)先(xian)沉(chen)积(ji)涂(tu)层的(de)撞(zhuang)击(ji)角度，而(er)粉末(mo)流(liu)动(dong)速(su)度(du)会对喷(pen)嘴中的(de)气流(liu)产(chan)生影响(xiang)。ZahiriS H等(deng)［56］研(yan)究(jiu)了(le)喷涂(tu)距(ju)离对Ti 涂层(ceng)质量的(de)影响，发现喷涂距离(li)主(zhu)要影响(xiang)粒子速度，喷涂距(ju)离(li)增大(da)，粒子速(su)度减小，导(dao)致塑性(xing)变(bian)形小，随(sui)着(zhe)喷涂距离的增大，涂层(ceng)孔隙率上(shang)升。殷硕(shuo)等［57］研究了喷涂(tu)角(jiao)度对(dui)冷(leng)喷涂(tu)Ti 粒(li)子(zi)沉(chen)积行(xing)为的影响，认为(wei)喷射角度为非垂(chui)直(zhi)角度(du)时，粒(li)子(zi)与(yu)基体(ti)的(de)结(jie)合会(hui)减(jian)弱(ruo)（见图(tu)6）。
综(zong)合来(lai)看，对于(yu)钛与钛合(he)金(jin)涂(tu)层(ceng)而言，尽(jin)可(ke)能(neng)采用高的气(qi)体(ti)温度(du)和压力(li)可以(yi)有效(xiao)提(ti)高粒(li)子(zi)速度(du)，进(jin)而制(zhi)备出高(gao)质(zhi)量涂层(ceng)。除(chu)了(le)粉(fen)末材质(zhi)外，冷(leng)喷(pen)涂(tu)的粉(fen)末(mo)形(xing)状对(dui)喷(pen)涂(tu)质(zhi)量也(ye)有影(ying)响。Wong W［58］等采(cai)用不(bu)规则(ze)形(xing)和球(qiu)形两种(zhong)不同形状的Ti 粉制备冷喷涂涂(tu)层，研究(jiu)结果表(biao)明，粒(li)子的粉(fen)末不(bu)规则，制(zhi)备的涂(tu)层(ceng)致密性较好，主要是不(bu)规(gui)则粒(li)子的(de)拖(tuo)曳常(chang)数较高，在喷嘴(zui)出口(kou)处(chu)可获得更高的粒(li)子(zi)速度，所(suo)以与基(ji)体的(de)结合力(li)较好，而(er)不(bu)规则(ze)粉末的流(liu)动(dong)性不(bu)如(ru)球(qiu)形粉(fen)，喷涂(tu)过程中容(rong)易(yi)氧化(hua)［59-61］。Cinca N［62］等(deng)研究认(ren)为当(dang)粒(li)子分布较窄时，涂层(ceng)的(de)孔(kong)隙(xi)、厚度(du)和(he)硬(ying)度(du)更(geng)为均匀。
除粉末(mo)材料(liao)和形态外，喷嘴(zui)结构对冷(leng)喷涂涂(tu)层(ceng)质量也有(you)明(ming)显影(ying)响，图7 为喷嘴(zui)优化前后(hou)制(zhi)备的(de)Ti涂层，可(ke)以看出改善(shan)后(hou)涂(tu)层(ceng)组(zu)织(zhi)明(ming)显致密(mi)［63］。李文亚(ya)［64］等通(tong)过改(gai)善(shan)喷嘴内部形状(zhuang)实(shi)现了(le)在低(di)压下高(gao)的粒子(zi)温(wen)度。MACDONALD D［65］改(gai)变(bian)喷(pen)嘴材(cai)质，发(fa)现高热导率(lv)的(de)喷嘴(zui)可(ke)以(yi)降低粒子的(de)临(lin)界速(su)度(du)，从而(er)实现(xian)更(geng)高的(de)沉(chen)积(ji)效(xiao)率。
冷喷涂中(zhong)涂层与(yu)基体以(yi)及涂层内(nei)部的(de)机(ji)理(li)主(zhu)要是(shi)机械咬(yao)合(he)和(he)冶(ye)金结合，冶金结(jie)合的程度越高(gao)，结合强(qiang)度越好，通过(guo)喷(pen)涂后热处(chu)理(li)可以(yi)进一步(bu)提(ti)高(gao)其冶(ye)金(jin)结(jie)合程(cheng)度(du)。李文亚等［66］在(zai)850 ℃真空(kong)气氛(fen)下将(jiang)Ti 和Ti6A14V 涂(tu)层(ceng)进行退火4 h，发(fa)现(xian)退火过程中(zhong)粒子之(zhi)间的(de)接(jie)触界(jie)面通过原子(zi)扩散(san)和(he)晶(jing)界迁(qian)移(yi)发生(sheng)了(le)冶(ye)金结合，但涂层(ceng)的孔隙(xi)率统计(ji)结果(guo)表(biao)明(ming)，热处理(li)后两(liang)种涂层(ceng)的(de)孔(kong)隙率(lv)均(jun)有所增(zeng)加(jia)。
周(zhou)红霞［51］研(yan)究了Ti6A14V 涂层(ceng)在后续(xu)热(re)处(chu)理过程(cheng)中(zhong)孔隙的(de)演变规律(lv)，结果(guo)表明(ming)，在局部热处理(li)温度(du)下(xia)涂层(ceng)的孔(kong)隙(xi)率(lv)有所(suo)增加(jia)，原因是(shi)喷涂层热处(chu)理(li)过程中残(can)余(yu)应(ying)力(li)得以释放，部分弱结合和(he)未(wei)结合(he)的粒子(zi)界面相(xiang)互脱(tuo)离引(yin)起的。
目前(qian)，喷(pen)涂(tu)对(dui)钛(tai)合金(jin)涂层(ceng)研究相对较少(shao)，多数(shu)为喷(pen)涂(tu)Ti 涂(tu)层。对(dui)喷(pen)涂(tu)工(gong)艺研究较多，对(dui)涂层形成(cheng)过程、粒(li)子(zi)内(nei)部(bu)显(xian)微结构研究较(jiao)少(shao)。由于(yu)喷涂涂层与基体(ti)的结(jie)合力较(jiao)弱，所(suo)以(yi)应用(yong)受到(dao)限(xian)制，喷(pen)涂后的热处理是(shi)提高(gao)其结(jie)合力(li)的(de)有(you)效(xiao)途(tu)径。对(dui)于冷(leng)喷涂技(ji)术(shu)与其(qi)他技术如(ru)激光(guang)熔(rong)覆(fu)、搅(jiao)拌(ban)摩擦焊等(deng)的融合(he)是(shi)未来(lai)的研(yan)究(jiu)趋(qu)势(shi)。
4、 结(jie)论(lun)及(ji)展(zhan)望(wang)
（1）激光表(biao)面(mian)改(gai)进(jin)技术在钛(tai)合(he)金(jin)表面(mian)可以通(tong)过(guo)有(you)限(xian)元(yuan)软(ruan)件(jian)和(he)数学建模模拟(ni)熔覆过(guo)程，或者(zhe)结(jie)合超声波辅助激光熔覆等(deng)方(fang)式，研(yan)发宽域的(de)新(xin)型(xing)陶(tao)瓷熔覆(fu)材料(liao)体系、功(gong)能梯(ti)度(du)涂层(ceng)等以(yi)减少裂纹(wen)等缺(que)陷。
（2）对(dui)于(yu)钛合金微弧(hu)氧(yang)化技术(shu)，能源消(xiao)耗(hao)巨大、膜(mo)层易脱(tuo)落(luo)和(he)膜层(ceng)多(duo)孔(kong)现(xian)象是急(ji)需解决的问(wen)题(ti)，需要通过进一步研(yan)究以(yi)提(ti)高(gao)钛合金微弧氧化(hua)膜(mo)层(ceng)的(de)性(xing)能。
（3）冷喷(pen)涂技(ji)术(shu)与(yu)其他(ta)技(ji)术(shu)如激(ji)光熔(rong)覆(fu)、搅(jiao)拌(ban)摩擦(ca)焊(han)等(deng)的融(rong)合是(shi)未来(lai)的(de)研究方(fang)向(xiang)。在(zai)先进科(ke)学技(ji)术(shu)的高速(su)发展(zhan)背景(jing)下，钛及钛合(he)金(jin)应(ying)用领(ling)域(yu)日益扩(kuo)展(zhan)，对钛合(he)金(jin)表(biao)面(mian)性能(neng)的(de)要求越(yue)来(lai)越高，随(sui)着(zhe)这(zhe)些(xie)使用条件的变化钛合金表面改(gai)性(xing)技(ji)术(shu)也必(bi)将日(ri)臻完(wan)善。
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