海洋工程用钛合金结构件的相关制备技术概述

钛及钛合金由于耐磨性较差，制造那些易磨损零件时，常常对其进行表面处理，提高表面硬度，进而提高耐磨性。钛的表面处理方法很多，有离子氮化(或等离子渗氮)、表面沉积氮化钛、离子注人、表面合金化和表面喷涂陶瓷涂层等。

1、钛合金构件高温及耐磨涂层制备技术

1）耐磨涂层制备技术磨损是造成机械零件失效的主要原因之一，约占机械零件失效的60%~80%，对机械零件的寿命、可靠性有极大的影响。钛及钛合金的耐磨性相对较差， 摩擦系数大，易发生磨损失效。耐磨涂层制备技术是改善钛及其合金耐磨性的重要手段，目前研究较多的工艺方法有热喷涂、电镀与化学镀、气相沉积法、离子注人技术、渗氮、渗170海洋工程钛金属材料碳、渗硼、微弧氧化法以及复合型表面处理技术等。耐磨涂层制备技术应用领域包括螺旋桨、喷水推进装置、海水管路泵阀等，用以改善阀杆、传递螺纹副、螺纹摩擦副以及螺母、螺柱、螺钉等紧固件的摩擦学性能。

2）耐高温涂层制备技术随着钛合金在舰船燃气轮机上的应用，对其抗高温氧化性提出了更高的要求。钛作为燃气轮机叶片等使用时，存在抗高温氧化性能差的问题，易发生“氧脆”，即在高温空气中长期暴露，钛表面会形成脆性氧化层，使钛合金脆化，延伸率降低幅度最大可达50%，而通过合金成分优化设计或微观组织调控方法很难同时改善钛合金的 抗氧化性能，必须采用表面改性和表面涂层技术来加以改善。因此，如何通过合适的表面处理方法(如等离子喷涂法、激光熔覆技术和离子注人法)制备耐高温涂层，提高钛合金的抗高温氧化能力是今后研究的重点。

3）高温耐磨涂层制备技术舰船燃气轮机叶片存在高温条件下的磨损情况，由于磨损和高温的双重作用，加快了部件的损坏速度，因此对高温磨损机理进行研究，设计高温耐磨 涂层，提高耐高温磨损能力具有非常重要的意义。陶瓷材料多以离子键和共价键结合，化学键能高，原子间结合力强，使得陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性及摩擦系数小等优点，通过等离子喷涂和激光熔覆技术可将陶瓷涂层制备于钛合金表面，使之形成陶瓷钛合金复合体。这样既可充分利用陶瓷材料的耐热、耐磨、耐腐蚀等性能，又兼具钛合金的强度、韧性和易加工性能。目前制备手段包括等离子喷涂纳米陶瓷涂层、冷喷涂纳米T_iO2 涂层、激光喷涂和激光熔覆等。

2、钛合金构件减摩、耐磨涂层制备技术

1）减摩涂层制备技术针对船用齿轮、活塞、阀门和钛制弹簧等部件对减摩性的需求，通过加入石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、氧化铅、氟化物等自润滑材料，在两表面之间    形成一层固体润滑膜，可减小摩擦系数，增加材料的耐磨性。减摩涂层制备手段包括磁控溅射MoS z涂层、等离子喷涂聚四氟乙烯涂层、电沉积工艺制备(Ni-P) -石墨复合涂层技术等。 减摩涂层应用领域包括轴承座、齿轮、活塞、阀门、弹簧、舰船门窗、座椅、仪表、传动副(如蜗母压条、静压蜗母螺纹副)等。

(2)减摩耐磨涂层制备技术

针对钛材料减摩性和耐磨性的实际需求，通过合适的表面钛及钛合金表面处理技术，在钛及钛合金表面制备减摩耐磨涂层，提高相对运动的两物体即摩擦副的耐磨性和减少运动时的摩擦损耗，可达到降低摩擦系数、减少摩擦和控制磨损的目的。减摩耐磨涂层制备手段包括等离子体碳氮共渗、硫氮共渗、硫氮碳共渗、磁控溅射Ti/MoS2， 涂层、物理气相沉积TiAIN/TiN复合涂层、物理气相沉积TiN/TiCN多元多层复合涂层、阴极弧源沉积类金刚石碳膜、高功率高重复频率脉冲准分子激光制备类金刚石膜等，它们是今后钛及钛合金减摩耐磨涂层的重要发展方向。

3、金属构件绝缘涂层制备技术

钛合金虽然具有优良的耐腐蚀性能，但在海水和海洋大气腐蚀环境中，当钛合金与异种金属接触使用时， 由于其表面自然形成的TiO2膜电极电位高而产生电位差， 电位较低的异 种金属表面将被氧化，导致材料腐蚀失效。因此，为避免在使用中与钛合金接触的由铜、铜合金、钢制成的管道、管系附件及其他船舶制造零件在海水中的腐蚀，必须通过适当的表面处理方法在钛合金表面形成一层绝缘防腐涂层，改善钛及其他金属材料的耐腐蚀性能。绝缘防腐涂层的制备手段包括微弧氧化陶瓷绝缘涂层、微弧氧化纳米陶瓷涂层、阳极氧化绝缘涂层等。