航空航天技术是高度综合的现代科学技术，也是国度最高工业水平 的体现之一。。：：娇蘸教炱髟谠诵泄 程中需克服重力，且在高温、高速等 复杂环境中服役，因而，该领域部件的轻质化要求极度高。。。钛合金拥有 高比强度、低密度的利益，可在室温到中高温环境服役，是航空航天零件利用的重要资料[1–2]。。。飞机/直升机 的各类框、梁、机翼壁板、桨毂等[3]， 现役航空发起机的电扇/压气机转 定子、压气机机匣、中介机匣等[4–5]， 航天用容器[6]、承力结构、紧固件[7] 等选取钛合金资料制作，可谓利用宽泛。。。与此同时，相比结构钢或镍基高 温合金，钛合金也存在硬度低、耐磨 性差、高温氧化抗力差等问题，理论 应力集中敏劝化致的机械委顿问题 （后简称委顿）也较凸起。。。综合来说， 航空航天领域的钛合金零件长命命 高靠得住服役必要克服3大问题—— 磨损、侵蚀和委顿。。。
3大问题均为理论工程问题。。。 为此，基于钛合金资料，国内外学术 与工业领域发展了大量理论工程技 术的基础和利用钻研，主张是提高钛 合金资料及零件的耐磨性、抗氧化性 和委顿抗力，最终实现涂层在钛合金零件的靠得住利用。。。以下将分节对3大类航空航天钛合金理论工程技术 钻研进展进行逐一探求。。。现实上，钛合金还具备优良的生物相容性，被应 用于医学植入物，这方面理论工程技 术钻研不在本钻研会商之列。。。特殊地， 航空发起机钛合金叶片/机匣定转子 摩擦部位还可能涂覆封严涂层，以保 证气流密闭性提高气动效能，这是发起机单一部位的使用需要，本钻研不 专门论说。。。
1、钛合金耐磨损涂层
钛合金硬度低、耐磨性较差是 工业界共识，然而，为轻量化和耐 室温侵蚀的需要，钛合金零件较多 地利用于可能产生摩擦磨损的环境下，比力典型的利用为钛合金起落 架活塞杆[8]。。。工业界选取各类伎俩将硬质涂层镀覆在钛合金理论，形成“硬壳软芯”结构，同时满足耐磨 和受载的需要。。。
1.1沉积、喷涂涂层
选取物理步骤在较软的钛合金 理论制备硬质涂层，是国内外工程界 公认的耐磨步骤。。。Hong等[9]利用 电火花沉积技术在钛合金TC11表 面镀覆TiN涂层，通过厚度、TiN含量和空地率等分析了工艺参数对涂 层微观结构和耐磨性的影响，获得了 优化沉积工艺和涂层磨损失效机制。。。 在TC4基体理论，曹鑫等[10]选取物 理气相沉积的步骤制备了TiN/Ti梯 度涂层，分析了梯度涂层结构在沙尘 冲蚀危险的影响，发现TiN∶Ti=1∶3 时，实现强韧性匹配，耐冲蚀机能最 佳。。。Richard等[11]利用热喷涂法在钛 合金理论制备ZrO2–Al2O3–TiO2纳米 陶瓷涂层，该涂层相比单一ZrO2涂层 拥有更佳的摩擦系数、耐磨性和耐蚀 性。。。在VT6钛合金理论，Koshuro等[12] 选取等离子喷涂氧化铝结合后续微 弧氧化步骤制备金属氧化物涂层，硬 度提高到1640HV。。。Liu等[13]利用 爆炸喷涂步骤在Ti–Al–Zr合金理论 制备了HV1800（压头载荷5g）WC– Co涂层，在25~400℃的较宽温域提 高了微动委顿机能。。。Pawlak等[14] 利用反映电弧沉积制备Ti–C–N底 层后利用磁控溅射制备WC–C面层， 使得TC4钛合金耐磨性提高94%。。。 王俊等[15]选取等离子喷涂在钛合金 理论制备氧化物涂层，接着选取激光 熔覆步骤提高了氧化物涂层硬度。。。 部门涂层结构如图1所示[9，11，14]。。。
1.2激光熔覆涂层
预涂粉末混合干燥后进行激光 熔覆的步骤在钛合金理论产生硬质 耐磨涂层，同样是国内外钻研的热 点。。。Mohazzab[16]和Wu[17]等选取激 光理论处置步骤在纯钛或钛合金表 面制备了TiC和Ti–Si硬质层，硬度可 达到1000HV0.1以上，以提高硬度和耐 磨性。。。Wang等[18]在TC4合金理论制 备了耐磨机能更佳的精密片层结构纯 钛涂层，以为激光熔覆过程的细晶强 化作用是提高耐磨性的重要原因。。。高 霁[19]、Zhao[20]、戈晓岚[21]、蒋松林[22]、 李春燕[23]、林沛玲[24]、刘丹[25]和刘 庆辉[26]等别离在钛合金理论制备 CBN、Ti–O–N、Ti–Al–Nb、WC–Co、 Ti–Si–C、Ti–B或多元素复合（如掺 Ni）硬质耐磨层，以引入更高的显微 硬度和摩擦磨损机能。。。Ye[27]、任佳[28] 和相占凤[29]等在粉末平别离参与碳 纳米管和h–BN（六方氮化硼），在涂 层中形成了软硬混合的相结构，起到 了优良的耐磨减磨机能。。。以上钻研 中，部门选取了脉冲能量较大的脉冲 激光器（如Nb–YAG），有的选取了连 续的光纤激光器。。。该类涂层的共同 特点是拥有熔覆区–结合区–热影 响区–基体等多层过渡结构。。。为分 析涂层种类带来的理论硬度梯度差 别，将部门文件报道的涂层个性列入 表1[17–19，21–24，27–28，30]。。。
1.3渗层与镀层
沈志超等[31]选取无氰镀铜步骤使钛合金TC4理论摩擦系数由0.52 降低到0.38。。。田晓东等[32]利用辉 光离子渗在TC4钛合金理论形成 MoS2–Mo渗层，表层减磨，次表层硬 化，形成硬度梯度结构。。。Zhao等[33] 在激光选区溶解制作的钛合金零件 理论进行气体渗氮，使其纳米硬度从 5.2GPa提高到13.3GPa，并降低了摩 擦系数。。。此外，有些钻研选取复合 处置来提高钛合金耐微动磨损机能。。。 李瑞冬等[34]以为喷丸+CuNiIn涂层 能够改善微动磨损机能。。。刘道新等[35] 选取离子渗氮后喷丸的步骤，更好地 提高了TC4合金抗微动磨损和委顿 机能。。。
1.4钛合金耐磨损涂层技术瞻望
从以上文件分析，耐磨涂层的发 展存在以下几个趋向：：（1）多元、多 工艺复合处置，利用制备工艺特点， 制作多元或多层复合结构，在保险涂 层硬度的同时，增长韧性，实现强韧 化匹配；（2）加强涂层力学机能设 计，通过推算仿真伎俩，获得外载下 内应力低、结合力好且结构靠得住的耐 磨涂层系统。。。别的，工业界应在保险 涂层结构分析的基础上，加强涂层的 仿照服役机能试验，在实际中获得真 知，加快钻研了局利用。。。
2、钛合金抗氧化和阻燃涂层
在室温下，钛合金理论能够形成 致密的氧化膜，故拥有优良的室温耐 侵蚀机能。。。部门航空航天器使用的钛合金零件必要在中温甚至高温下 使用，而该前提下形成的氧化膜是多 孔的TiO2，无法有效招架氧原子向 内扩散。。。另一方面，钛合金的燃点低 于熔点。。。当航空发起机高速活动的 钛合金零件因某些原因（如变形、断 裂等）产生位移时，部件间相对活动 （如转定子）高速摩擦生热可能点燃 钛合金而产生钛火变乱，严重危及航 空航天器安全使用。。。因而，国内外积 极发展了钛合金抗氧化涂层和阻燃 涂层的研制。。。通过两类涂层扭转钛 合金理论氧化和温升机制是一个可 靠步骤。。。
2.1抗氧化涂层
Du等[36]首先制备微弧氧化 TiO2膜，接着选取磁控溅射步骤在膜 理论镀覆纯铝，最终利用阶梯式扩散 热处置提高了上述两层的冶金结合； 该步骤制备的复合涂层（重要成分α– Al2O3）拥有优良的阻氧扩散能力， 在973~1073K前提下显著降低了钛 合金的氧化增重。。。Maliutina等[37]采 用激光熔覆方式在TiAl合金理论制 备Ti48Al2Cr2Nb涂层，在700~900℃ 氧化过程中，其中Nb和Cr克制了 TiO2的成长，涂层理论形成以Al2O3 为主的多层氧化膜。。。在工业纯钛表 面，Shugurov等[38]选取直流磁控溅射制备了Ti1–x–yAlxTayN涂层，该涂层 提高了850℃氧化抗力，但无法提高 950℃氧化机能，随着Ta元素含量增 加，950℃氧化机能逐步变差。。。Yin[39] 的钻研批注，LaB6的适度增长能够细 化激光熔覆TiC+TiBx涂层，提高氧 化机能。。。Yu等[40]钻研了分歧MoO3 含量的玻璃陶瓷涂层（硼铝硅酸盐微 晶玻璃）在850~1050℃温度领域内 沉积在TA2工业纯钛上的抗氧化行 为，以为富Mo层起到优良抗氧化效 果。。。Zhang[41]、汝强[42]和陈倩[43]等采 用电弧镀或离子镀步骤在钛合金表 面制备含铝涂层，单晓浩等[44]选取 激光熔覆制备Nb–Al–Ti涂层，利用 Al2O3优良的阻氧扩散能力提高钛合 金氧化抗力。。。除了以上的涂层技术 外，理论改性步骤也利用于钛合金抗 氧化。。。Kanjer等[45]在纯钛理论选取 WC珠、Al2O3珠和玻璃珠进行超声 喷丸，降低了700℃/100h和3000h的 氧化增重，以为喷丸样品形成的陆续 富氮层起到了阻氧扩散预防剥落分 层的作用；He等[46]利用激光喷丸在 Ti2AlNb理论产生细晶层和高位错密 度，提高了720℃氧化机能。。。部门涂 层结构如图2所示[36–38]。。。
2.2阻燃涂层
针对钛火问题，Anderson等[47]提出物理气相沉积Pt/Cu/Ni复合涂层， 王长亮等[48]选取热喷涂铝涂层，利用 涂层元素优良的导热性预防钛合金零 件部门温升。。。Freling[49]和Kosing[50]等 提出选取ZrO2涂层用于阻燃，则利 用了ZrO2较低的热导率。。。Li等[51] 选取Ti–Cr和Ti–Cu等多元金属涂 层，通过涂层点火不敏感实现阻燃。。。
近年来，钛合金阻燃涂层的一个 钻研热点是多层结构。。。弥光宝等[52]提 出热喷涂步骤制备YSZ+NiCrAl-B. e复合涂层，实现其临界着火氧浓度 提高至钛合金基体的2.3倍，YSZ产 生了优良的阻隔热量传输的作用。。。 汪瑞军[53–54]、曹江[55]和傅斌友[56]等 提出微弧离子理论改性和热喷涂工 艺技术在TC11基体上制备复合阻 燃涂层，别离利用Ti–Zr非晶和YSZ 实现吸收能量和隔热，部门涂层结构 如图3所示[52，56]。。。
2.3钛合金抗氧化和阻燃涂层技术瞻望
从以上文件看，抗氧化涂层的主 要主张是阻氧扩散，而阻燃涂层在 阻氧扩散的基础上，还必要实现隔热 和能量吸收。。。那么，对于上述涂层的 发展要求通常为：：（1）拥有优良结合 力；（2）拥有包覆性、陆续且拥有一 定厚度的阻氧扩散层（如α–Al2O3、TiN等）；（3）具备氧化层不造成分 （如富Mo层），使得氧化层形成后能 够维持不变，削减和预防剥落或分 层；（4）在工艺和成分节制上，尽可 能减小孔洞，预防氧原子直接急剧进 入基体；（5）向多元、多层结构发展， 同时实现吸收能量和断绝热量等多 重主张。。。
3、钛合金抗委顿理论改性
在满足航空航天器轻量化需要 的同时，钛合金零件还必要满足长命 命与高靠得住性需要，这就要求钛合金 零件拥有优良的委顿抗力。。。然而，钛合金是种典型的难加工资料，加工过 程刀具可能产生粘着磨损使得理论 应力复杂，加之其导热性较差导致局 部温升，因而钛合金零件加工后理论 齐全性节制难题。。。工业界大量使用 抗委顿理论改性（或理论形变强化技 术，Surfacemechanicaltreatment）来提 高钛合金零件理论齐全性状态，进而 实现长命命高靠得住性要求。。。在抗委顿 理论改性中，机械喷丸（Shotpeening） 和激光冲击强化（激光喷丸）（Laser shockpeeningorLaserpeening）结构 适应性强，被业界宽泛钻研。。。部门适 应特殊结构的理论强化工艺技术， 如适应孔结构的冷挤压强化（Cold expansion）和适应焊接结构的超声喷 丸强化（Ultrasonicimpacttreatmentor Ultrasonicimpactpeening），也发展了 系列钻研。。。
3.1机械喷丸
机械喷丸对理论齐全性的影响 重要为理论描摹、表层组织机能与残存应力。。。Ma等[57–58]利用离心式喷 丸机钻研了Ti1023钛合金大尺寸弹 丸喷丸后的梯度组织。。。Unal等[59]对 纯钛进行高能喷丸，分析了拥有更高 纳米硬度的形变超细晶组织。。。Wen 等[60]对TiB+TiC加强钛基复合伙料 的喷丸试验了局批注，加强相和基体 界面由于喷丸挤压作用产生纳米结构和高位错密度。。。Yao等[61]对TB6 合金理论齐全性的钻研以为铣削+ 抛光+喷丸+抛光工艺可获得最佳 理论描摹、残存应力和显微硬度状态 （即理论齐全性状态），最大水平提高 构件委顿机能。。。高玉魁[62]、宋颖刚[63] 等分析了喷丸对TC4和TC21合金 组织结构的影响，以为表层应变硬化 和宏观残存压应力是喷丸强化的重 要原因。。。冯宝香[64]和苏雷[65]等分 别从试验和数值仿照动手钻研了喷 丸对钛合金残存应力的影响。。。部门 文件报道了喷丸强化层的金相，对比 如图4所示[59，62，66]。。。
机械喷丸的重要作用是提高钛 合金构件委顿机能，在工艺利用方 面，国内学者发展了大量钻研。。。由于 喷丸后理论粗糙度升高可能会影响 叶片气动效能，Shi等[67]发现喷丸后 进行光饰处置可能降低理论粗糙度， 更好地提高委顿机能。。。戴全春等[68] 选取喷丸+电磁场复合处置技术， 使TC11钛合金最大残存压应力提高 了7.7%，委顿强度提高了33%。。。王强 等[69]钻研了TC18合金孔结构挤压强 化对理论齐全性和委顿机能的影响， 以为对于该合金孔结构，喷丸较冷挤 压委顿增益幅度更大，达到3倍以上。。。 张彩珍[70]和徐鲲濠[71]等对钛合金叶 片残存应力与变形情况的钻研批注， 残存压应力是产生整体形变的重要 原因，而选取预变形和校对步骤能够 解决叶片整体变形问题。。。邓瑛[72]和尚建勤[73]等以为应凭据壁厚分辨钛 合金零件喷丸要求以实现工艺构件 匹配。。。杜东兴等[74]钻研批注喷丸 对吹砂–超音速火焰喷涂TC21合 金零件的委顿机能弱化拥有添补作 用。。。喷丸参数对TC4[75–77]、Ti60[78]、 TC18[79]等合金委顿机能影响钻研认 为，在肯定服役周期后喷丸能够进一 步补充理论强化层，耽搁服役寿命。。。 张少平等[66]对比了弹丸对TC17合 金委顿机能的影响，以为玻璃丸喷丸 委顿增益幅度最大。。。
3.2激光喷丸（激光冲击强化）
Che等[80]对TC21钛合金进行高能激光强化，强化后钛合金理论硬度 提高16%并且粗糙度Ra小于0.8μm。。。 Wang等[81]对于TC6激光强化钻研认 为该工艺产生的强化层拥有优良的热 不变性。。。
残存压应力场深度大是激光喷丸与机械喷丸的重要差距。。。Zhang 等[82]以为只有在较大的残存压应力 作用下，委顿裂纹扩大才会受到抑 制；Sun等[83]从数值仿照角度分析 了残存压应力对裂纹扩大的故障作 用；李启鹏等[84]成立了支持向量 机理论的残存应力松弛模型；Shi 等[85]钻研了3mm薄壁钛合金焊接 结构激光喷丸，发现激光喷丸扭转了 热影响区的应力状态，产生深层残存 压应力场。。刮偾慷忍岣吡19%。。。 为了对比喷丸与激光强化的理论完 整性特点差距，将部门文件报道的表 面描摹和残存应力场特点别离列入 表2[60–61，64，76，84，86]和图5[86]。。。
委顿机能的增益作用是激光喷 丸钻研的底子主张。。。Luo等[86]对比 了激光/机械喷丸对TC4钛合金4 点弯曲委顿机能的影响，并通过对 比深刻解析了委顿机能增益的原因。。。 Nie等[87]成立了综合思考等效残存 压应力和FINDLEY模型，在两倍误 差领域内成功预测了激光喷丸TC4 钛合金试样的高周委顿寿命。。。
利用激光增材制作零件是当前 工业界急剧制作的重要方向，在利用 上，该技术产生大量内部缺点的问题 也同样引起工业界的关注。。。AguadoMontero[88]对比钻研了机械、激光喷 丸和机械喷丸+理论化学处置对增 材制作TC4委顿机能的影响，发现 3种情况下委顿强度都远高于未经 理论处置的参考组[89]。。。赖梦琪等[90] 对比了铸造和增材制作TC4合金激 光强化后的理论齐全性状态，以为激 光强化提高了增材制作TC4合金致 密度，但因内部疏松的缘故使得残存 压应力数值小于铸造态强化。。。Jiang 等[91]针对激光选区消融制作构件的 超高周委顿钻研发现激光喷丸后委顿机能更低，原因是该型委顿试验疲 劳断口发源于大深度缺点处。。。
无；ぃㄎ眨┎慵す馀缤瑁↙aser shockpeeningwithoutprotectivecoating， LSPwC）和扭转环境温度的激光喷丸 （温激光喷丸，Warmlaserpeening或深 冷激光喷丸，Cryogeniclaserpeening） 等新步骤钻研丰硕了激光喷丸技术 树。。。Petroni等[92]对比了有无； 层激光强化钛合金微观结构和机能， 发现有；げ闱榭鱿吕砺鄞植诙雀 低。。。Pan等[93]对比了室和善300℃ 激光喷丸后钛合金组织，出格的是一 些在室温下通常不开动的孪晶（如 {10–12}）可在温激光喷丸过程开动 产生。。。Feng等[94]对于钛合金焊接 结构温喷丸钻研了局批注，委顿极限 提高了40%以上。。。周建忠等[95]选取 在极低温度下进行激光喷丸，以产生 数值更大的残存压应力[96]。。。
3.3其他理论强化技术
为了成立优良的衔接，销钉孔结 构是航空器钛合金零件的重要衔接 方式，同时，也引入结构弱点（应力集 中），导致该地位的委顿机能幽微，亟待加强。。。对于销钉孔结构，艾莹珺[97]、 霍鲁斌[98]、罗学昆[99]、杨广勇[100]和 马世成[101]等针对TC17、TC4–DT、TB6 钛合金钻研了合适的冷挤压系列方 法，重要优化的工艺参数蕴含挤压方 式、过盈量、导端角等对孔壁粗糙度、残存应力散布、委顿机能的影响。。。
除冷挤压强化外，超声喷丸也 是近年来钛合金理论强化钻研的热 点之一。。。Zhu等[102–103]以为超声喷 丸使纯钛理论产生剧烈形变，可形成 纳米+非晶的复合表层。。。Kumar[104] 和Mordyuk[105]等也以为超声喷丸后 将导致理论纳米化。。。刘德波等[106] 的钻研批注，降低气孔疏松等缺点， 引入强化层是超声冲击处置焊缝的 重要强化作用。。。蔡晋等[107]通过建 立有限元模型，分析了超声强化腔 体与零件待强化区域的关系，并对 比了TC4合金喷丸和超声喷丸残存 应力差距[108]。。。王谧等[109]发展了超 声喷丸多弹丸仿真。。。以上钻研如能 共同现实试验验证将更可能推动工 艺利用。。。
3.4钛合金抗委顿理论改性技术瞻望
凭据以上问题，以为钛合金抗疲 劳理论改性技术重要有以下3个发 展需要：：（1）加强零件结构适应性。。。 对于薄壁以及对于理论粗糙度等有 特殊要求的零件，需提供专用理论强 化伎俩或工艺参数，在节制变形和表 面齐全性状态的前提下实现抗委顿 强化。。。（2）理论改性层高能化、深层 化和均匀化。。。目前高能深层是理论 形变强化领域的普遍共识，而均匀化 是工业界保险委顿机能提高的关键， 这方面庞易被学术领域忽略。。。（3）提高成本可控性。。。这重要来自于表 面工程技术的利用需要。。。在工业上， 在执行理论改性技术后，若何有效表 征钛合金构件的委顿机能，索求成立 理论齐全性–试样委顿机能–构件 委顿机能的内涵联系，将是一个钻研 难点。。。
4、结论
从目前西方蓬勃国度航空航天 零件使用资料的发展趋向看，比强度 高、密度小的钛合金资料在很长的一 段功夫内仍将是航空航天使用的主 要金属资料。。。解决该合金磨损、氧化 和委顿问题是保险钛合金零件在航 空航天器靠得住服役的关键。。。以耐磨 涂层、抗氧化涂层和理论改性技术为 代表的理论工程技术以其低成本、高 效和不增重（或少增重）的特点，成 为相识决3大问题的钥匙。。。
随着我国国力逐步加强，航空航天技术将进 一步急剧发展，钛合金理论工程技术发展机缘巨大，同样也面对着基础研 究和工艺利用带来的巨大挑战，有待 宽大理论工程科技工作者深刻钻研 解决。。。
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