钛合金表面等离子电解氧化法制备陶瓷涂层及其摩擦性能(2)
Ti-6Al-4V合金[2]是最为广泛使用的钛合金，特别是在航空航天工业，然而，因为不稳定，又由于其高的摩擦系数和耐腐蚀性，在恶劣的环境中表现出很差的摩擦性能，已经很大地限制了其在各领域的进一步应用。钛和钛合金的表面稳定性是基于在其表面形成的能自我修复的氧化膜[3]。最主要的对于钛合金的腐蚀是来自于酸性的环境，特别是在酸的浓度和温度都增加的时候。在这种情况下，钛合金表面氧化膜会溶解，使得金属钛暴露于酸性环境中，导致钛被氧化溶解成三价离子。
现在钛合金已经被应用于一些需要高精度的仪器设备上，而钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，钛合金具有良好的抗腐蚀性和抗磁特性，又是非常理想的医用金属材料[4]，已经被用作植入人体的植入物等。由于在这些方面一点点细小的变化都会对设备的运行结果甚至是植入钛合金的人体造成很大的影响，所以提高钛合金的摩擦性能是十分有必要的。
1．1 表面工程方法
表面工程[5]能够增强钛和钛合金的性能以及潜在的应用。对于钛合金的表面改性技术主要包括：离子注入、激光表面处理、等离子体液相电解沉积技术和气相沉积（PVD）涂层，但它们都具有特定的局限性。
1.1.1 激光表面处理
激光表面处理[7]就是在熔化金属表面的部分之后，通过快速冷却的方法来改变表面上析出相的尺寸大小以及它的分布情况。由于激光[8]的波长范围很窄，能量密度相对较高，产生的光斑很小，但与电弧和乙炔火焰，以及等离子体对比，激光又是一种非接触式的过程，输入的热量较少，热变形量也就同样会比较小，可以进行局部加热。跟其它处理方法相比，激光的处理时间比较短，可以进行在线加工，并且能够精确地用计算机来控制所需的处理条件，在材料加工和表面处理方面具有非常好的应用前景。
激光重熔表面改性技术还可以进一步改善表面陶瓷层的结构和性能，其原因在于氧化物陶瓷对紫外激光有良好的吸收特性，氧化物陶瓷具备极低的热导率，能够阻止大量的热量从热表面传入到金属基体中，从而破坏其内部的结构。处理陶瓷层的能量密度可以比处理金属时高出两个数量级[10].
2011年，陈长军等人发表的文章中[9]，介绍了他们对ZM5镁合金表面激光重熔的显微结构分析。他们采用二氧化碳激光器分别在1000W和1500W的输出功率下对ZM5镁合金进行了重熔处理，从实验得到的激光重熔区的显微图的对比中发现：激光重熔能够将晶粒细化，并且在重熔区与基材之间没有缺陷存在，界面是光滑的。又由于搭接区存在二次加热的情况，激光搭接区域的晶粒尺寸要比没有搭接的区域晶粒尺寸要稍微大一点。最后，样品由于激光快速凝固，晶粒细化，在3.5%-NaCl溶液中耐腐蚀性有了很大的改进。
1.1.2 等离子喷涂
等离子喷涂[16]是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体的表面具有耐腐蚀、耐磨、耐高温氧化、绝缘、隔热、密封以及防辐射等性能，能够将基体表面的多种性能得到优化。
等离子喷涂技术采用直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷和合金等材料加热到熔融或者半熔融的状态下，并且以非常高的速度喷向经过预处理的工件表面，由此而形成牢固附着的表面层的方法。
郭华峰[12]等人采用等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了Ni基WC耐磨涂层，并利用能谱仪、扫描电镜、摩擦磨损试验机、显微硬度仪、X射线应力仪等对涂层的成分、微观组织、磨损量、硬度、磨损机制以及残余应力等多种特性进行了多个方面的研究。在他们的研究结果中表明：涂层呈现典型的层状结构，它与集体的结合良好，面层的孔隙率约为4.7%。显微硬度在798～990HV0.3之间波动，由外到内呈现梯度变化。同载荷下基体体积磨损量是涂层的8.9倍，磨力磨损和黏着磨损做为基体磨损两种机制，当中以磨粒磨损为主。涂层表面无裂纹存在，分布着压应力状态的残余应力。