钛合金基材表面附加一层多孔钛涂层就是一种表面多孔化的方法

钛及钛合金具有低密度、高比强度、较宽的工作温度范围、良好的耐腐蚀性和生物相容性等优异性能。多孔泡沫钛及其合金融合了钛合金与多孔材料的特性，能够减轻材料的重量而不削弱其强度，同时保持高的韧性和耐腐蚀性。因此，泡沫钛及其合金在一些特殊领域具有重要的应用价值，特别是在生物医用行业，由于多孔钛兼有高生物相容性和优秀的机械性能，所以优势十分明显。相比整体多孔钛材，仅在表面进行多孔化处理的钛材具备更高的机械强度，可承受更大的生理负荷，因而在医学领域展现出更为广阔的应用前景。
　　在钛合金基材表面附加一层多孔钛涂层就是一种表面多孔化的方法。已有报道，将钛粉置于真空环境中通过无压高温烧结法可以制备出多孔钛涂层，但是所得的涂层存在孔隙率低、弹性模量高的缺点。又据报道，将粗钛粉和细钛粉物理混合后，利用等离子喷涂技术也可以制备出多孔钛涂层，但该涂层存在氧含量高、孔形不规则和贯通孔过少等问题。
　　最近，中国兵器科学研究院采用冷喷涂技术制备了Ti-Mg复合涂层，通过对该涂层中Mg的真空蒸馏实现多孔钛涂层的制备。他们采用自制的Ti粉和Mg粉，按80∶20的质量比物理混合后，作为该涂层的喷涂粉末。喷涂所选基体为TC4 牌号的钛合金（0.002％ H，0.07％ O，0.02％ N，0.02％ C，0.04％ Fe，6.2％ Al，4.1％ V，Ti Bal）。采用高速高压冷喷涂设备制备Ti-Mg复合涂层，工作气体为N2，工作压力为3.0 MPa，气体加热温度为300℃，喷涂距离为25 mm。然后，采用真空烧结炉对喷涂态Ti-Mg复合涂层进行真空蒸馏，腔室压力为2.0~2.3 MPa，蒸馏温度为1100℃，蒸馏时间为2h。
　　检测表明，所获涂层与基体的结合界面较为紧密，涂层的致密度较高，平均厚度为250μm左右，涂层中两种成分的分布较为均匀。经测定，涂层与基体的结合强度达到60 MPa，涂层孔隙率小于1%。利用能谱分析仪对表面进行成分分析，结果显示，涂层中的钛粒子没有明显的氧含量，表明冷喷涂技术很好地避免了钛粉的过度氧化，从而有利于保留喷涂粉末原有的化学成分；但涂层中的镁粒子发现存在较多的杂质，这主要是由于镁金属的活性过高，在大气中发生自然氧化所致。为使涂层多孔化，必须将喷涂态涂层中的镁成分去除，因此对喷涂态涂层进行了真空蒸馏。真空蒸馏后涂层的显微结构存在明显的贯通孔状结构，涂层的孔隙率达到了50%，孔径分布为30~100μm。涂层表面的能谱分析结果表明，涂层在真空蒸馏处理后只有钛元素成分存在，镁元素成分已经完全蒸馏。

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资料来源：东莞市弘超铜铝有限公司
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