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(3)
1.1.3 等离子注入
等离子浸没注入(PSII)[13]技术是把工件，例如金属、陶瓷等放置到离子机的真空靶室中，通过很高的电压，通过原位注入[6]将高能量的元素注入到工件表面的一种方法。通过离子注入处理过后的材料，会发生辐射损伤以及元素改变，但都仅在表面层下零点几微米的部分，使材料的物理和化学性质有很明显的变化。特别对钛合金进行等离子注入，基体表面的耐磨性和抗蚀性能得到很好的加强。
在2006年王钧石[14]等人对在航空和生物领域经常被用于摩擦件材料的Ti6Al4V 钛合金进行氮离子注入, 在钛合金表面制备了一层金黄色的高耐磨Ti-N 硬化层。并且分别用H700-H 型透射电子显微镜(TEM)和XS-MA800型X射线电子能谱仪(XPS)分析注入层的显微组织。发现钛合金经PSII氮离子注入后,表层的氮浓度沿深度方向呈高斯分布,离子注入层中有Ti-N和非晶态相形成, 注入表层的硬度和耐磨性明显提高。
大量研究表明，等离子注入[15]可以有效提高人工关节材料的物理机械性能和化学性能，例如硬度、耐磨损、耐腐蚀以及生物相容性和抗菌性。在沃尔兹等人的研究中，注入气体分别采用氨和氮气，对硅离子进行注入工艺的处理，结果显示以氨气作为注入气体进行注入工艺处理的硅的表面氮元素的含量要远远高于使用氮气作为注入气体处理后的硅。
1.1.4 气相沉积
气相沉积法[11]主要分为化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)和物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)，这两者在原理上存在一定的区别。CVD技术由参与反应的气体通过化学反应生成薄膜材料，而PVD技术则是在真空的条件下，沉积物由固态转化为气相，并以原子或分子的形式蒸发，同时利用辉光放电产生等离子体，沉积或注入到基体上的方法。
李思思等人将AZ31镁合金作为沉积基体，以高纯H2和WF6为原料气体，气体配比为：WF6：1g/min ，H2：1.5L/min，通过化学反应：WF6+3H2→W+6HF6形成难熔的金属钨涂层[17]。保持反应气体成分配比及通入量不变，在不同温度300、350、400、420和440℃下，CVD沉积5min，得到钨涂层。最后利用扫描电镜、能谱仪等分析技术对金属钨的涂层成分、组织结构以及微观形貌进行了表征；利用高温摩擦磨损试验机(HT-1000)以及综合电化学测试方法对金属钨涂层耐磨性能和耐蚀性能进行分析。结果表明：沉积温度为440℃可获得致密均匀、与基体结合良好的钨涂层；沉积钨涂层使表面硬度大幅度提高，表面耐磨性增加，能有效的降低镁合金表面活性，腐蚀电位相对于镁合金基体正移了1.21V，大幅提高其耐蚀性能。
1.1.5 等离子电解氧化
微弧氧化[18]（Microarc oxidation，MAO），又称微等离子体氧化（Microplasma oxidation，MPO）。在微弧氧化的过程中，在电化学、热化学以及等离子体化学的共同作用的条件下，基体金属与氧离子、电解质离子发生强烈的化学反应，经历熔融、喷发、结晶、高温相变等过程后，在基体表面发生熔覆和烧结，最终形成陶瓷层。由于非常复杂的形成过程，至今在学术界还没有一个能够被公认并且能够全面描述陶瓷层形成的合理模型，但这并不妨碍微弧氧化技术在各行各业中得到越来越广泛的应用。
微弧氧化工艺，微等离子弧虽然存活时间很短，但温度可达数千度，所形成的金属氧化物层与基体之间呈现冶金熔合的状态，它们的结合强度很高；在经历了熔融、冷却及高温相变之后的氧化物，以晶体的形式存在，因此陶瓷层结构致密，韧性好，耐磨性好，耐腐蚀，耐高温冲击和电绝缘性能，也能满足抑菌、催化、隔热、与生物组织具有亲和性等性能要求。