钛及钛合金因具有高比强度、优异耐蚀性能、良好生物相容性、耐热和无磁等性能，广泛应用于航空、航天、海洋和生物医学等领域。但钛金属在不同的应用领域常表现出一定的不足。

      相对来说，耐磨性能差是钛金属最大的缺点。钛及钛合金的硬度低，导热系数低，极易发生粘着磨损。为提高钛金属的耐磨性能，主要采用表面强化技术对其表面进行改性和涂层防护。

      这方面发展情况和创新进展情况如何？我们今天聊一聊

      钛及钛合金表面处理技术主要包括电镀、阳极氧化、微弧氧化、离子注入、氮化、电子束和激光表面改性、热喷涂和物理气相沉积（PVD）技术等。

       电镀技术主要采用镀镍和硬铬提高钛金属耐磨性能，但电镀技术镀层硬度和结合强度不高，而且容易产生氢脆。微弧氧化处理可以在钛金属表面原位形成氧化钛陶瓷层提高钛合金的耐磨性能，涂层厚度一般为几十微米，但涂层表面多孔，需要进行后续封孔处理。化学表面热处理方法主要有渗氮、渗碳、渗氧和渗硼等技术。渗氮处理是最常用的钛金属表面化学热处理方法，包括气体渗氮、等离子渗氮和激光渗氮。钛金属氮化处理温度比钢铁材料高很多，需要 850?C 以上温度才能深入氮元素，钛金属表面渗入的氮元素，形成 α 相和 α+β 相的氮和钛固溶体，最外层形成薄的氮化钛层。氮化处理获得硬化层的厚度一般不超过 200μm，氮化层的硬度约为 10GPa。钛金属的渗碳处理主要采用等离子辉光渗碳和电火花放电渗碳。渗碳处理的温度更高，在 900-1100摄氏度 之间，在钛表面形成碳化钛的硬化层，硬化层的厚度为数十微米。钛金属化学表面热处理温度高，处理时间长，高温长时间的氮化处理容易影响钛金属的疲劳性能。

      离子注入表面强化处理提高钛金属的耐磨性主要通过注入 N、O、C 和B 等元素，注入表面改性层的厚度不超过 1μm，可以改善钛金属的耐磨性能和抗疲劳性能。近年来越来越多的钛金属采用气相沉积涂层进行防护处理，气相沉积可镀涂层的种类多，涂层性能突出，如气相沉积 MoS 2 和碳膜的摩擦系数可以低至 0.01，气相沉积 TiC，TiN，TiCN，TiSiN 等硬质耐磨涂层硬度通常可达到 30GPa-50GPa。

      气相沉积涂层的厚度一般为几微米，沉积厚涂层的难度比较大。热喷涂用于钛表面耐磨性能防护主要采用等离子喷涂和超音速火焰喷涂，喷涂的材料主要为 Al 2 O 3 和 Cr 2 O 3 等增强的铁基、镍基和钴基硬质合金层，涂层厚度通常为几百微米。但喷涂涂层表面粗糙度大，还需要后续加工处理。目前航空发动机和燃气轮机里的零部件越来越多的使用钛合金，钛金属在高温下易与空气中的氧和氮等元素发生反应，当温度低于 300℃，生成的氧化层致密具有良好的防护性能，但当温度超过 300℃，生成疏松的氧化物和氮化物对基体不具有保护作用。钛金属的抗高温氧化性能主要利用热喷涂和气相沉积技术制备热障涂层和铝基抗氧化涂层，起到很好的高温防护作用。

      钛金属特别耐海水和海洋大气腐蚀，被称为“海洋金属”。随着我国海洋资源开发的大发展和领海安全问题，钛金属在海洋工程装备，舰船，油气开采和海水淡化装置等领域的应用将越来越多。海洋环境钛金属应用主要表现为电偶腐蚀和生物污损严重的问题。钛金属相比其他合金具有较高的正电位，在自来水、海水和盐溶液中与异种金属偶接时作为阴极被保护从而加速偶接合金的腐蚀。表面处理技术是解决钛电偶腐蚀的主要技术手段之一，如对钛金属进行阳极氧化处理和涂覆低电位涂层处理可以显著降低电偶腐蚀速度。

      医用钛金属是附加值很高的应用领域，随着人们生活质量的提高，越来越受到关注。钛金属属于生物惰性金属材料，限制了钛金属与人体组织间形成理想的化学健合，只能与组织间形成机械结合，易使植入体发生松动导致植入失败。目前临床上用的较多的是 Ti6Al4V和 TiNi 合金，Al、V 和 Ni 的生物毒性问题越来越受到重视，需要表面进行涂层防护阻止 Al、V 和 Ni 的释放扩散至人体中。医用钛金属表面处理技术主要采用离子注入 Ag，Ta 和Ｎ等元素提高钛金属的耐磨性能，利用热喷涂和气相沉积技术制备羟基磷灰石等生物活性涂层，但涂层的结合可靠性要求更高。

总结来看：

1）现有传统表面处理技术多可用于钛金属的表面处理，但传统表面处理技术存在许多不适应钛金属处理的技术壁垒，开发新型的钛表面处理技术和装备是一个主要研究方向。如钛金属氮化处理温度要高于 850℃，传统的氮化装备达不到这么高的温度，就需要对装备的设计和制造进行改进才能满足需求。

    2）钛金属在不同的应用领域表现出不同的缺陷，要根据不同的应用环境选择不同的表面处理技术。钛金属表面处理技术种类很多，每种处理技术都有自己的优缺点，开发多种表面处理技术的协同综合利用是必然趋势。

    3）钛金属表面防护涂层体系设计的趋势是发展多组分，多尺度结构协同，表界面结构优化，实现多功能一体化，环境自适应型新型涂层体系。航空航天领域用钛金属开发宽温域低摩擦抗氧化耐磨一体化新型防护涂层体系是发展重要方向之一。在海洋环境中开发无油自润滑、纳米缓释低毒环保和高效长效防污耐磨涂层是研究热点之一。医用领域的钛金属更关注高可靠结合，生物活性和耐磨涂层的开发。