海洋具有潜在的重大经济利益和战略性职位。。。。。？？？？？⒑Ｑ笞试矗，，，，必需要生长重大海洋工程装备，，，，，而海洋新质料将在其中施展要害性作用，，，，，是海洋工业的基础和支持。。。。。我国海洋质料开发刚刚起步，，，，，缺乏海洋质料系统建设和选材标准，，，，，质料问题已成为我国海洋工程装备生长中的主要瓶颈。。。。。钛金属走向工业化始于 20世纪 50 年月美国杜邦公司首先接纳克劳尔（Kroll）法商业化生产金属钛，，，，，被称为继铁和铝之后必将崛起的第三金属。。。。。钛金属最突出的特点是密度低、比强度高、耐蚀性能强，，，，，同时还具有高透声系数、优异的中子辐照衰减性能、无磁性和无冷脆性。。。。。钛金属的基本物理性子与其他金属较量见表 1。。。。。

钛金属是一种高钝化性金属，，，，，可钝化性凌驾铝、铬、镍和不锈钢。。。。。并且钛的致钝电位低，，，，，临界钝化电流小。。。。，，，，钝化电位区宽达 20 V，，，，，钝态稳固性很强，，，，，不受氯离子破损。。。。。钛的钝化膜具有很是好的自愈合性，，，，，当其破损后能迅速自动修复，，，，，形成新的钝化保唬唬；；つぁ。。。。钛金属在海水和海洋大气情形中具有极高的抗蚀性能，，，，，其抗蚀性能远优于铝合金、不锈钢和镍基合金，，，，，被称为“海洋金属”。。。。。

图 1 钛在 3.5%NaCl 溶液中的阴极极化曲线 [2]

Fig.1 Cathodic polarization curves of tit

海水情形中钛外貌爆发氧化反应形成钝化膜的反应如式（1）所示，，，，，转移的电子被氧化剂如质子、消融氧和水反应消耗，，，，，即阴极反应如式（2）—（4）和图 1 所示。。。。。

Ti+2H ₂ O→TiO 2 +4H + +4e ? (1)

2H + +2e ? →H ₂ (2)

O ₂ +2H ₂ O+4e ? →4OH ? (3)

H ₂ O+2e ? →2OH ? +H ₂ (4)

针对海洋情形开发设计和应用的钛金属质料，，，，，越发强调耐海水侵蚀性能、优异的焊接性能、无磁性能、高比强度和低本钱。。。。。现在海洋情形中应用的钛合金主要应用于如下领域：1）船舶、深潜器等装备中的耐压壳体、动力系统（蒸汽爆发器、螺旋桨和螺旋桨轴）、热交流器、冷凝器、通海管路系统、声呐系统、泵阀系统和通讯系统等；；；；；2）海上油气勘探与开发，，，，，主要有钻井立管、锥形应力讨论、钻管和井下作业流送管路等；；；；；3）海洋能源开发和使用，，，，，涉及海水潮汐能发电机组部件，，，，，海水温差发电机组的冷凝器、蒸发器、管路和泵阀系统；；；；；4）海水淡化妆置及滨海修建，，，，，主要有热交流器、冷凝器、管路系统等。。。。。滨海修建或跨海大桥桥基接纳钛-钢复合板举行耐侵蚀防护。。。。。海洋情形应用钛合金的要害部件和牌号如表 2 所示 [1,3] 。。。。。

随着我国海洋经济开发和海洋领土清静的生长与需求，，，，，海洋质料与装备是拓展海洋空间、开发海洋资源和维护海洋权益的物质条件。。。。。钛金属因其优异的综合性能在海洋装备中将应用越来越普遍，，，，，对提高装备作业能力、清静性和可靠性具有主要意义，，，，，是建设海洋强国的主要战略质料之一。。。。。但严酷海洋情形中服役的钛合金在特定的应用情形中也保存一些问题，，，，，必需引起足够重视和做好预防处置惩罚。。。。。

1 、钛合金运动部件磨蚀损伤及其防护手艺

1.1 钛合金磨蚀损伤行为

钛金属兼具钢的强度高和铝的质地轻的优点，，，，，但钛合金难加工和耐磨性能差。。。。。耐磨性能差的主要缘故原由是钛合金硬度低和塑性剪切应力低，，，，，外貌加工硬化能力差 [4] 。。。。。钛的导热系数为 0.041 cal/(cm · s · ℃)，，，，，远小于钢的 0.19 cal/(cm · s · ℃)，，，，，导致摩掠历程中闪温顺热量难以快速释放，，，，，进而导致质料黏性增大，，，，，极易爆发黏着磨损。。。。。钛合金的弹性模量低，，，，，约为钢铁的 50%，，，，，硬弹比显着低于钢铁质料，，，，，也是其耐磨性能差的一个缘故原由。。。。。海洋情形使役的钛合金运动部件大多遭受海水和海洋大气侵蚀，，，，，海水、泥沙和盐雾等介质情形对钛合金耐磨性能有显著影响。。。。。钛合金优异的耐海水性能来自于外貌形成的钝化膜，，，，，耐磨性能差的钛合金在摩擦磨损历程中极易导致钝化膜移除，，，，，钝化膜的移除速率大于自修复速率就会导致袒露于海洋情形的钛合金被加速侵蚀，，，，，裸露的基体金属和磨屑中的金属会与未磨损钝化层在介质情形中形成诸多原电池，，，，，同时磨损加速界面金属的活化，，，，，大大增进基体金属的侵蚀。。。。。侵蚀导致金属外貌爆发松散的氧化物，，，，，进一步加速质料的磨损失效，，，，，形成侵蚀介质特有的磨损与侵蚀交互作用征象，，，，，如图 2 所示。。。。。钛合金运动部件的磨损侵蚀是其应用中最为要害的问题。。。。。

图 2 磨损与侵蚀协同作用加速质料损伤失效示意图 [5]

Fig.2 Schematic diagram of the synergistic effect of wear and corrosion on accelerating material damage failure [5]

图 3 钛合金磨蚀历程中开路电位（a）和侵蚀电流（b）转变 [10]

Fig.3 Changes of open circuit potential (a) and corrosion current (b) during the abrasive process of titanium alloy [10]

相关研究显示质料在力学和化学/电化学多因素交互作用下的损伤速率相比其单独作用时会成倍增添，，，，，其主要缘故原由是侵蚀能够加速磨损，，，，，磨损也可以增进侵蚀，，，，，也就是说侵蚀和磨损呈“正交互”关系，，，，，二者协同作用加速了质料的失效和消耗。。。。。许多研究也证实钛合金磨蚀的“正交互”关系 [6] 。。。。。郑超等 [7] 研究了钛合金在纯水和 3.5%NaCl 溶液中的磨损侵蚀行为，，，，，发明侵蚀和磨损交互作用加速了质料流失。。。。。Dong 等 [8-9]研究发明，，，，，钛合金在摩擦启动后开路电位迅速降低并趋于坚持一个稳固的低值，，，，，当摩擦竣事后，，，，，开路电位重新升高回到摩擦启动前的数值。。。。。这说明晰摩擦导致钛合金外貌钝化膜的移除，，，，，并且在摩掠历程中钝化膜并没有完成修复。。。。。当摩擦启动后，，，，，钛合金的侵蚀电流由 1.733×10 ?7 A/cm 2 迅速增添到 1.994×10 ?5 A/cm 2 ，，，，，侵蚀电流增添了 2 个数目级，，，，，说明磨损对侵蚀有显着的增进作用。。。。。王林青等 [10] 研究也发明，，，，，摩擦导致开路电位下降和侵蚀电流呈数目级增添的征象（见图 3），，，，，研究还显示磨损侵蚀交互作用导致质料较高的磨损率，，，，，随外加电位增添，，，，，磨损侵蚀交互作用所占总质料损失的比例由 12%增添到 66%。。。。。

相关研究报道也发明磨损和侵蚀泛起所谓“负交互”关系，，，，，即侵蚀和磨损协同作用镌汰了质料损失量。。。。。丁红燕等 [11] 研究发明 TC11 钛合金在海水中微动磨损，，，，，在载荷 20~40 N 的情形下质料损失量小于纯水中的损失量，，，，，磨损侵蚀泛起“负交互”纪律。。。。。其缘故原由主要归结为微动条件下，，，，，海水中硫、磷和氯等活性因素爆发膜层起到了减小摩擦和降低磨损的作用。。。。。钛合金磨损侵蚀诸多报道均批注，，，，，在海水中摩擦时钛合金外貌的摩擦因数显著降低 [12] ，，，，，这主要是海水起到了显着的润滑作用。。。。。但海水的润滑是有条件和有限的，，，，，在特定的载荷和工况下润滑效果显着，，，，，重载高速或微动工况下润滑效果反而降低。。。。。在钛合金磨损侵蚀历程中海水是把“双刃剑”，，，，，即有强侵蚀又有润滑效果，，，，，总体上侵蚀起到更为主要作用加速质料的流失。。。。。侵蚀与磨损的正、负交互作用也不是一成稳固的，，，，，它们往往会在差别的质料、工况及介质情形等条件下相互影响、过渡和转换。。。。。Zhang 等 [13] 研究了奥氏体 304 不锈钢在人工海水情形中的侵蚀与磨损交互作用机制，，，，，发明摩擦磨损导致不锈钢外貌奥氏体相变，，，，，形成磷七强度马氏体相，，，，，马氏体和奥氏体间有电位差会陪同爆发微电偶侵蚀增进了微观侵蚀，，，，，起到正交互作用。。。。。侵蚀导致马氏体消融后，，，，，高硬度马氏体形成会抑制磨损，，，，，批注侵蚀与磨损之间爆发了负交互作用。。。。。侵蚀历程阻止了γ 相钝化膜的形成，，，，，金属外貌润滑性下降，，，，，再次加剧磨损，，，，，侵蚀与磨损之间再次爆发正交互作用，，，，，304 不锈钢在整个历程中爆发了侵蚀与磨损的正、负交互作用的过渡与转换，，，，，如图 4 所示。。。。。

图 4 磨蚀历程中奥氏体-马氏体转变对磨蚀影响的示意图 [13]

Fig.4 Schematic diagram of effect of α-martensite on tribocorrosion during sliding [13]

1.2 钛合金耐磨蚀防护手艺

为提高钛金属的耐磨性能，，，，，对钛合金举行外貌强化处置惩罚是行之有用的手艺手段，，，，，现有的外貌处置惩罚手艺大都可以用于钛金属的外貌强化。。。。。钛金属外貌处置惩罚手艺的应用和生长大致履历了 3 个阶段：第一阶段是以电镀、化学镀和热扩散（渗氮渗碳等）为代表的古板外貌手艺；；；；；第二阶段是以等离子体和电子束涂层手艺、激光外貌强化、热喷涂及微弧氧化手艺等为标记的现代外貌处置惩罚手艺；；；；；第三阶段是多种外貌处置惩罚手艺复合应用，，，，，外貌改性层的多元、多层、梯度结构和超厚等设计和制备，，，，，知足高速、重载和重大介质苛刻情形钛金属的外貌防护需求。。。。。

电镀手艺主要接纳镀镍和硬铬来提高钛金属耐磨性能，，，，，但电镀手艺的镀层硬度和团结强度不高，，，，，并且容易爆发氢脆。。。。。微弧氧化处置惩罚可以在钛金属外貌原位形成氧化钛陶瓷层来提高钛合金的耐磨性能，，，，，涂层厚度一样平常为几十微米，，，，，但涂层外貌多孔，，，，，需要举行后续封孔处置惩罚。。。。。唬唬；；饷踩却χ贸头Ｒ熘饕猩⑸肌⑸鹾蜕鸬仁忠铡。。。。渗氮处置惩罚是最常用的钛金属外貌化学热处置惩罚要领，，，，，包括气体渗氮、等离子渗氮和激光渗氮。。。。。钛金属氮化处置惩罚温度比钢铁质料高许多，，，，，需要800 ℃以上温度才华获得足够深度的氮化物层，，，，，钛金属外貌渗入的氮元素，，，，，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。。。。。氮化处置惩罚获得硬化层的厚度一样平常不凌驾 200 μm，，，，，氮化层的硬度约为 10 GPa。。。。。

钛金属的渗碳处置惩罚主要接纳等离子辉光渗碳和电火花放电渗碳。。。。。渗碳处置惩罚的温度更高，，，，，在 900~11 00 ℃之间，，，，，在钛外貌形成碳化钛的硬化层。。。。。钛金属化学外貌热处置惩罚温度高，，，，，处置惩罚时间长，，，，，高温长时间的氮化处置惩罚容易影响钛金属的疲劳性能，，，，，化学热处置惩罚后钛合金的耐蚀性能有所降低。。。。。离子注入外貌强化处置惩罚提高钛金属的耐磨性主要通过注入 N、O、C 和 B 等元素，，，，，注入外貌改性层的厚度不凌驾 1 μm，，，，，可以改善钛金属的耐磨性能和抗疲劳性能。。。。。但关于高速重载服役的钛金属部件改性层太薄。。。。，，，，起不到恒久防护作用。。。。。

接纳碳氮化物基金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物陶瓷涂层等对海洋情形中要害运动部件举行耐磨蚀保唬唬；；な窍衷诤Ｄ谕馍さ那魇啤。。。。如西欧国家开发的海水液压泵和液压马达传动要害部件外貌沉积耐磨陶瓷涂层，，，，，获得了优异的抗磨蚀性能 [14-16] 。。。。。海洋情形防护涂层失效的主要缘故原由源于微缺陷导致贯串孔的形成，，，，，使氯离子渗入并作用于基底质料，，，，，因此控制并镌汰贯串孔的形成是提高涂层海水情形中性能的必备要求。。。。。通过多层膜和非晶纳米晶结构的设计和优化可有用打断涂层的柱状晶生长，，，，，阻止侵蚀通道的形成，，，，，抑制层与层之间裂纹的爆发和扩展，，，，，非晶和纳米晶都有显着的钝化趋势，，，，，非晶的侵蚀电位高于纳米晶，，，，，纳米晶的钝化区比非晶长，，，，，外貌钝化膜更容易形成 [17-18] 。。。。。在非晶基体上形成纳米晶能增进钝化膜的形成，，，，，阻止侵蚀反应的举行。。。。。另一方面，，，，，非晶部分晶化后，，，，，原子爆发结构弛豫，，，，，团结能增大，，，，，使得合金中的原子与溶液中的离子的反应速率减慢 [19] 。。。。。

近年来众多研究接纳物理气相沉积涂层举行钛金属的耐磨蚀防护处置惩罚，，，，，气相沉积可镀涂层的种类多，，，，，涂层性能突出。。。。。邓凯等 [20] 接纳物理气相沉积 DLC涂层、微弧氧化和离子注入等手艺对 TC11 举行外貌处置惩罚，，，，，发明在海水中 TC11 的摩擦因数和磨损量均显着降低，，，，，其中 DCL 涂层抗微动磨蚀性能最好。。。。。

Vladimir 等 [21] 比照了物理气相沉积钨掺杂的 W-DLC涂层、热喷涂涂层和离子注入处置惩罚 TC4 钛合金的耐磨蚀性能，，，，，发明 W-DLC 涂层的抗磨蚀性能最好。。。。。

Wang等 [22-23] 接纳多弧离子镀手艺设计制备了TiSiCN耐磨蚀涂层。。。。。涂层具有 TiN 和 TiC 纳米晶-Si 3 N 4 /SiC非晶-Ti 3 SiC 2 MAX 相的耦合结构，，，，，涂层硬度可达30~40 GPa。。。。。涂层磨损与侵蚀交互作用剖析发明交互作用占涂层总损失量最低为 3.7%，，，，，说明该涂层具有优异的抗磨损侵蚀交互作用能力。。。。。何倩等 [24] 在 TC4钛合金外貌制备了差别调制周期的 CrSiN 纳米多层薄膜，，，，，发明调制周期为 45 nm 时，，，，，涂层的硬度和弹性模量最大，，，，，抗微动磨损侵蚀性能最好。。。。。耐磨蚀涂层与渗氮手艺团结可以知足高速重载等苛刻情形钛金属的长效防护需求。。。。。早在 1983 年芬兰科学家 Korhonen等 [25] 为了缓解“鸡蛋壳效应”，，，，，提出了 PN-PVD 复合处置惩罚手艺，，，，，该复合处置惩罚手艺融合了等离子体渗氮手艺和物理气相沉积手艺的各自优势。。。。。经由复合处置惩罚后，，，，，基体由于渗氮层的保存，，，，，硬度提高，，，，，从硬质涂层到基体之间的硬度梯度以及受载时的应力梯度呈一连平缓下降的趋势，，，，，使得质料外貌性能获得改善的同时，，，，，硬质涂层的附着性能也大为提高。。。。。Dong 等 [8] 接纳氮化处置惩罚和多弧离子镀 TiSiCN 复合手艺对 TC4 合金举行外貌强化处置惩罚，，，，，发明 TiSiCN 涂层和复合处置惩罚均有

优异的抗磨损侵蚀交互作用能力，，，，，复合处置惩罚 TC4 钛合金摩擦时，，，，，开路电位降低幅度更小。。。。，，，，侵蚀电流更低，，，，，与 TiSiCN 涂层相比抗磨蚀性能提高了 1 倍，，，，，如图 5所示。。。。。Rahmatian 等 [26] 接纳高温扩散的要领在 Ti6Al4V合金外貌制备了双层渗硼涂层（TiB 2 +TiB）来提高钛合金的抗磨蚀性能，，，，，发明双渗硼层的形成使钛合金磨蚀磨损率大幅降低。。。。。Zhao 等 [27] 制备了一种新型的抗磨蚀涂层，，，，，通过阳极氧化手艺处置惩罚硬质 TiN 涂层，，，，，在涂层近外貌 200 nm 深处形成了 TiO 2 纳米管嵌入 TiN涂层的复合结构，，，，，该复合涂层与 TiN 涂层相比，，，，，摩擦因数大幅度降低，，，，，侵蚀电流降低了 1 个数目级，，，，，耐侵蚀性能大幅度提高，，，，，磨蚀磨损率降低了 1/2，，，，，同时该涂层还具有优异的抗菌和防生物污损性能。。。。。通过对硬质涂层的外貌微结构功效化修饰可以实现钛合金外貌耐磨、抗侵蚀和防生物污损多功效一体化涂层的设计和制备。。。。。

图 5 Ti6Al4V、TiSiCN 涂层和 TiSiCN/氮化物复合处置惩罚涂层磨蚀历程中 OCP 值（a）和电流密度（b）的转变，，，，，磨损与侵蚀协同损伤剖析（c） [8]

Fig.5 Evolution of OCP values (a), current density under cathodic protection (b) and dimensionless factors of synergetic damage (c) of Ti6Al4V, TiSiCN coating and TiSiCN/nitride duplex treatment coatings [8]

2、 钛合金生物污损问题及其防护手艺

2.1 钛合金生物污损行为

海洋情形中钛金属与钢、铝和铜质料相比，，，，，钛金属防污性能最差。。。。。主要缘故原由是钛金属具有优异的生物相容性，，，，，险些所有海生物都可在其外貌附着，，，，，导致严重的生物污损爆发 [28-29] 。。。。。图 6a 给出了印度曼达帕姆港纯钛金属实海挂片 1 a 后的形貌，，，，，钛外貌附着了大宗的海生物，，，，，生物污损极为严重 [30] 。。。。。图 6b 是工业纯钛在我国某海域试验站海水全浸0.5 a后挂片外貌即泛起严重的生物污损特征 [31] 。。。。。图 6c 给出了差别质料在海水中长时间浸泡 1 a 后，，，，，其外貌海生物附着水平比照，，，，，除了锡金属外，，，，，钛合金的生物污损水平远高于铜、铝和不锈钢等质料 [29] 。。。。。海洋生物污损历程一样平常可以划分为4 个阶段 [32] ，，，，，主要包括：（1）条件膜的形成，，，，，卵白质或多糖等有机分子和无机化合物最先吸附在质料外貌；；；；；（2）微生物膜的形成，，，，，细菌和单细胞藻类等微生物沉积在条件膜上，，，，，在质料外貌吸赞许滋生；；；；；（3）海藻孢子和原生动物的附着，，，，，一样平常爆发在质料浸入水中数周；；；；；（4）藤壶等大型生物在其外貌附着和生长，，，，，这些生物生长快速顺应能力强，，，，，一样平常爆发在质料浸入水中数月。。。。。钛合金虽然极易爆发生物污损，，，，，但其外貌氧化膜致密稳固，，，，，氧化膜起到了防侵蚀作用，，，，，但在污损群落转变，，，，，特殊是局部情形 pH 转变后，，，，，其防侵蚀作用难以包管其稳固性和恒久性。。。。。微生物附着和滋生会渗透黏液，，，，，容易黏附水中的有机物和泥沙，，，，，导致钛合金部件摩擦因数增添，，，，，从而使系统的阻力增大和传热效果降低，，，，，影响部件和虽然不会影响钛合金在海水中的钝化，，，，，也不会增进钛合金的侵蚀，，，，，可是会使钛合金爆发误差侵蚀的趋势增添，，，，，增添船舶的阻力，，，，，海生物的脱落也会梗塞热交流器的管路，，，，，造成严重的危害。。。。。

图 6 钛金属实海挂片外貌生物污损形貌（a 印度曼达帕姆港，，，，，b 我国某海水站）和差别金属质料生物污损水平比照（c） [27-29]

Fig.6 Surface biological fouling morphology (a. Mandapam Port, India, b. Water Station of China) and comparison of biological foulingdegree of different metals (c) [27-29]

2.2 钛合金防生物污损手艺

钛金属防生物污损的主要手艺手段可以分为物理要领和化学要领两种 [33-36] 。。。。。物理要领包括超声波法、微泡法、高流速法、激光照射法和紫外照射法等。。。。。

超声波法通常是把频率高于 20 kHz 的声波作用于黏液层形成后向藻类附着演变阶段，，，，，安排后续海生物附着于滋生。。。。。微泡法是向海水中注入 CO 2 微泡，，，，，融入CO 2 的碳酸水可对藤壶幼虫的附着阶段起到抑制作用。。。。。高流速法是使用高速水流阻止海生物的附着。。。。。激光照射法和紫外照射法是基于光催化和紫外线直接破损微生物基体结构，，，，，造成细胞殒命起到避免海生物附着的效果。。。。。物理要领多借助外围装置实现防污效果，，，，，对钛金属部件的现实使用工况有要求和限制。。。。。唬唬；；б彀ㄖ苯幼⑷肷本烈臁⑼饧拥缥环牢鄯ā⒎牢弁坎惴ǖ取。。。。直接注入法是在海水中直接注入液氯、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧等实现杀菌防污效果。。。。。

电解防污法是在钛金属部件外貌施加电压使海水电解，，，，，爆发 ClO ? 可有用抑制海生物附着。。。。。防污涂层法是在钛金属部件外貌制备杀菌防污损涂层实现防污效果，，，，，不需要引入外部装置，，，，，涂层直接沉积于工件外貌，，，，，不影响工件的装置和正常事情，，，，，并且可以实现长效防腐性能，，，，，是很有前途的防污损手艺。。。。。

现在防污剂释放型涂层统治市场。。。。，，，，可控消融型防污涂层团结纳米缓释手艺可以更好地实现低毒环保和高效长效防污而成为防污手艺中的研究热门之一。。。。。

最常用的防污剂是氧化亚铜，，，，，铜元素可降低生物机体中主酶的活化作用，，，，，缩短生物的寿命，，，，，也可以直接将生物的细胞卵白质沉淀为金属卵白质。。。。。但铜的释放量仍难以定量定位准确控制，，，，，常导致过量释放，，，，，对情形造成污染。。。。。王浩楠等 [37] 使用铜离子杀菌效果和钛铜电偶侵蚀的原理，，，，，设计了钛基金属外貌用铜/铝多层复合阳极，，，，，可在钛外貌一连析出铜离子，，，，，从而抑制海生物在钛外貌的附着。。。。。李兆峰等 [38] 接纳微弧氧化手艺在钛外貌制备出非晶和纳米晶复合涂层，，，，，涂层中含有TiO 2 和 Cu 2 O 纳米晶，，，，，该涂层具有优异的防生物污损

性能。。。。。Bai 等 [39] 使用多弧离子镀手艺在 Ti6Al4V 外貌制备了 TiSiN/Cu 多层涂层，，，，，涂层具有超高的硬度，，，，，硬度最高可达 40 GPa，，，，，具有优异的耐磨性能。。。。。同时使用 TiN 纳米晶与 Si 3 N 4 非晶耦合结构障碍层，，，，，通过迷宫状晶界微通道实现对 Cu 离子的微量可控释放，，，，，获得长效抗菌和防污损性能，，，，，如图 7 所示。。。。。纳米银质料具有优异的抑菌效果，，，，，银离子和纳米银爆发的活性氧簇基团（ROS）可破损细胞膜和 DNA [40] 。。。。。但关于纳米银为什么能够与细胞膜团结并穿详尽胞膜抵达细胞内部尚未有定论。。。。。相关研究报道显示，，，，，物理气相沉积 TiN、CrN、TaN 和 ZrN 与 Ag 和 Cu 复合涂层可以获得优异的杀菌效果 [41-47] 。。。。。Zhu 等 [48] 使用多弧离子镀手艺在钛合金外貌沉积制备了超硬TiSiN/Ag涂层。。。。。

图 7 多弧离子镀制备 TiSiN/Cu 涂层的微结构和防污损机理 [39]

Fig.7 Microstructure and anti-fouling mechanism of TiSiN/Cu coatings prepared by multi-arc ion plating [39]

涂层具有非晶纳米晶镶嵌和多层多界面结构，，，，，Ag 层呈不一连漫衍，，，，，Ag 具有超强的扩散能力，，，，，可扩散至TiSiN 层中，，，，，纳米压入测试涂层硬度可达 40~50 GPa。。。。。

多层多界面结构有用抑制了裂纹的扩展，，，，，阻止贯串性裂纹在涂层中的形成，，，，，可避免海水渗入导致涂层早期失效，，，，，掺 Ag 涂层对三角藻的贴附具有显著的抑制作用。。。。。Wang 等 [49] 受铁电/压电效应的启发，，，，，提出一种抗生物污染涂层的新战略，，，，，接纳微弧氧化手艺将 BaTiO 3颗粒包埋在 TiO 2 涂层里，，，，，该涂层具有优异的抗生物污损性能。。。。。当船在海洋中航行时，，，，，海浪攻击引起的压电响应还将提高涂层的抗菌性能，，，，，有望通过刺引爆发友好且长期的抗生物污损性能。。。。。钛合金的生物污损很严重，，，，，给海洋情形中钛合金的应用带来很大的影响，，，，，生物污损侵蚀与侵蚀磨损协同作用将导致更严重的损伤失效，，，，，是未来研究的难点和亟需解决的瓶颈问题。。。。。唬唬；Ｇ樾巫运秤拖煊Φ姆牢弁坎憧⒁彩穷押辖鸱牢凼忠盏纳で魇啤。。。。

3、 钛合金异金属接触电偶侵蚀问题及其防护手艺

3.1 钛合金异金属接触电偶侵蚀行为

电偶侵蚀是指异种金属在电解液情形中由于侵蚀电位差别形成原电池侵蚀的征象，，，，，又称接触侵蚀或双金属侵蚀。。。。。钛金属相比其他合金具有较高的正电位（表 3） [3] 。。。。。钛在浸入海水的瞬间电位为?0.8 V，，，，，几分钟后由于外貌氧化膜的形成迅速增添到?0.1 V，，，，，经由 100 d 的电位稳固后，，，，，测试其稳态侵蚀电位可高达+0.38 V [1] 。。。。。钛金属的稳态侵蚀电位远高于大大都金属质料，，，，，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唬唬；；ぃ，，，，从而加速偶接合金的侵蚀 [50] ，，，，，其侵蚀原理如图 8 所示。。。。。

图 8 钛金属与异金属接触电偶侵蚀原理

Fig.8 Principle of contact galvanic corrosion between titanium and different metals

电偶侵蚀的水平主要凭证电偶电流密度（J g ）的巨细来划分，，，，，按平均电偶电流密度的巨细将电偶侵蚀水中分为5 级，，，，，划分是：

不侵蚀的A 级（J g ≤0.3 μA/cm ² ）；；；；；

稍微侵蚀的 B 级（0.3 μA/cm ² < J g ≤1.0 μA/cm ² ）；；；；；

显着侵蚀的 C 级（1.0 μA/cm ² < J g ≤3.0 μA/cm ² ）；；；；；

严重侵蚀的 D 级（3.0 μA/cm ² < J g ≤10.0 μA /cm ² ）

和 E 级（J g >10.0 μA/cm ² ）；；；；；

钛金属与其他金属质料爆发电偶侵蚀的水平如表 4 所示 [51] 。。。。。钛合金与结构钢接触形成电偶对时，，，，，电偶电流密度在 1.0~15 μA/cm 2 之间，，，，，电偶侵蚀品级为 B—E 级。。。。。钛合金与结构钢接触会爆发严重的电偶侵蚀，，，，，需要对结构钢举行防护后方可使用。。。。。钛合金与铝合金接触形成电偶对时，，，，，电偶电流密度大多大于 3.0 μA/cm 2 ，，，，，电偶侵蚀品级为 D—E级。。。。。因此，，，，，与钛合金接触的铝合金会爆发严重的侵蚀，，，，，必需对铝合金防护后方可使用。。。。。钛合金与不锈钢和镍基合金接触形成电偶对时，，，，，电偶电流密度小于0.3 μA/cm 2 ，，，，，电偶侵蚀品级为 A。。。。。一样平常海洋情形中，，，，，钛金属是允许不加防护与不锈钢和镍基合金直接接触使用。。。。。钛金属与铜合金接触，，，，，由于两者的电位差不是很大，，，，，铜合金同时具有一定的自钝化能力，，，，，并纷歧定会爆发严重的电偶侵蚀，，，，，黄铜和紫铜合金受钛的电偶侵蚀作用较小。。。。。铜镍合金（B10 和 B30）与钛偶适时，，，，，电偶侵蚀作用会随着钛-铜镍合金面积比的增大而增添。。。。。

3.2 钛合金电偶侵蚀防护手艺

金属质料电偶侵蚀爆发需要具备 3 个条件：（1）两种金属保存电位差（电位差小于 50 mV 时爆发电偶侵蚀的可能性很小。。。。，，，，电位差大于 0.25 V 就会爆发显着的电偶侵蚀 [52] ；；；；；（2）保存电子通道，，，，，即两种金属直接或间接实现接触；；；；；（3）保存离子通道，，，，，两种金属同处于电解质介质中。。。。。针对钛金属预防电偶侵蚀问题，，，，，防护手艺的设计和开发主要是使上述其中一个条件不建设就可以阻止电偶侵蚀的爆发。。。。。钛金属电偶侵蚀防护手艺主要包括如下几方面。。。。。

1）合理的选材和结构设计。。。。。选用与钛合金电位差相近的金属质料接触，，，，，如不锈钢、镍基耐蚀合金和铜合金等。。。。。？？？？？刂祁押辖鹩肫湎嘟哟ソ鹗糁柿系拿婊龋，，，，适当镌汰钛合金的面积或增大与其接触金属质料的面积，，，，，阻止大阴极和小阳极金属接触结构的设计。。。。。当钛与其他金属的接触面积比大于 4:1 时，，，，，对其他金属质料将是危险的。。。。。而当钛与其他金属接触面积比小于 1 时，，，，，电偶侵蚀作用可显着减轻。。。。。

2）电绝缘防护手艺。。。。。关于不可阻止接纳电位差大的异金属接触，，，，，在阴阳极质料接触部位添加绝缘垫片举行电绝缘处置惩罚来消除电子导电通道，，，，，或者使用缓蚀剂增大侵蚀介质电阻来消除离子导电通道。。。。。在毗连件之间铺垫防接触侵蚀胶布也有显著的防电偶侵蚀作用。。。。。

3）外貌处置惩罚手艺。。。。。外貌处置惩罚手艺是解决钛电偶侵蚀的主要手艺手段之一，，，，，如对钛金属举行阳极氧化处置惩罚和涂覆低电位涂层处置惩罚可以显著降低电偶侵蚀速率。。。。。西北有色金属研究院接纳电化学氧化处置惩罚，，，，，在Ti80 合金外貌制备了浅玄色氧化钛膜，，，，，改膜层绝缘电阻抵达 200 M?，，，，，降低了钛合金与其他金属配对时的电偶侵蚀电流 [1] 。。。。。张晓云等 [53] 对 TC21 钛合金外貌举行阳极氧化处置惩罚，，，，，降低了与高强钢偶接的电偶侵蚀倾向。。。。。周科等 [54] 接纳微弧氧化手艺在钛合金外貌制备了氧化钛陶瓷涂层，，，，，涂覆的涂层具有优良的阻隔性能，，，，，能有用缓解与 30CrMnSiA 钢的电偶侵蚀。。。。。关于钛合金接触质料的外貌处置惩罚也可以降低电偶侵蚀倾向。。。。。尹作升等 [55] 接纳阳极氧化处置惩罚在2024和2124铝合金外貌制备了一层致密氧化膜，，，，，降低了铝合金与 TC4 钛合金的电偶侵蚀水平。。。。。刘建华等 [56] 对铝合金和高强钢举行外貌镀铜处置惩罚，，，，，使其与钛合金偶接时的侵蚀电流维持在较低的水平。。。。。赵平一律 [57] 研究 z 针对钛-铝毗连时的电偶侵蚀问题，，，，，发明对阳极 2024 举行防护比对阴极 ZTi60 举行防护，，，，，具有更好的抑制电偶侵蚀的效果。。。。。

4）电磁场调控防侵蚀新手艺，，，，，即使用电磁学等物理手艺减缓金属毗连件电偶侵蚀行为。。。。。通过外加磁场对引起电偶侵蚀中离子从阳极到阴极的迁徙历程爆发影响，，，，，从而控制电偶对证料的电偶侵蚀。。。。。Kountouras 等 [58] 研究外加磁场对 Zn-316L 不锈钢电偶对证料的侵蚀行为，，，，，发明控制磁场偏向与电偶对接触面平行时可减缓电偶侵蚀水平，，，，，而磁场偏向与接触面笔直时可以加速电偶侵蚀。。。。。？？？？？⒌绱懦》赖缗记质葱率忠沼薪狭亢玫挠τ迷毒埃，，，，有望实现钛合金与异种金属偶接装备结构的长效清静可靠服役。。。。。

4、 生长趋势及展望

钛金属由于具有优异的耐海水和海洋大气侵蚀性能，，，，，在海洋情形中的应用必将越来越普遍。。。。。为解决钛金属在海洋情形中体现出的耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶侵蚀的问题，，，，，合适的外貌处置惩罚和涂层防护是必不可少的。。。。。

1）现有古板外貌处置惩罚手艺多可用于钛金属的外貌处置惩罚，，，，，但古板外貌处置惩罚手艺保存许多不顺应钛金属处置惩罚的手艺难点，，，，，开发适合钛金属外貌处置惩罚的手艺和装备是一个主要研究偏向。。。。。如钛金属氮化处置惩罚温度要远高于钢铁质料的氮化处置惩罚，，，，，温度一样平常要凌驾 800 ℃。。。。。

古板的氮化妆备达不到这么高的温度，，，，，就需要对装备的设计和制造举行刷新才华知足需求，，，，，同时高温氮化导致大尺寸和薄壁等重大钛金属部件的变形问题也需要重点关注息争决。。。。。

2）碳氮化物基金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物新型涂层质料，，，，，是对钛金属要害运动部件海洋情形耐磨蚀保唬唬；；さ纳で魇疲，，，，重点生长多组分、多标准结构协同、表界面结构优化、实现多功效一体化、情形自顺应涂层质料的设计。。。。。针对钛金属易生物污损问题，，，，，设计开发防污剂释放型和可控消融型防污涂层团结纳米缓释手艺是研究重点，，，，，可以更好地实现低毒环保和高效长效防污损性能。。。。。？？？？？⒌绱懦》赖缗记质葱率忠沼薪狭亢玫挠τ迷毒埃，，，，研究磁场强度和磁场取向对电偶防护的影响，，，，，设计新型磁场防护装置，，，，，有望实现钛合金与异种金属偶接装备结构的长效清静可靠服役。。。。。

3）随着海洋资源的开发和使用，，，，，针对深海、极地和热带海洋等极端情形服役的海工装备面临更为重大苛刻的工况，，，，，需要开展极端情形、重大工况和多因素强耦相助用下钛金属质料的损伤评价装置搭建、评价要领建设和损伤机理展现研究。。。。。生物污损侵蚀与侵蚀磨损多因素协同作用将导致钛金属更为严重的损伤失效，，，，，钛合金生物污损与侵蚀磨损协同损伤和防护手艺研究是钛合金海洋情形应用必需思量的问题，，，，，也是未来研究的难点和热门偏向。。。。。钛金属外貌处置惩罚手艺种类许多，，，，，每种处置惩罚手艺都有自己的优弱点，，，，，针对极端情形用钛金属部件开发多种外貌处置惩罚手艺复合和协同防护是一定趋势，，，，，如氮化/离子注入/激光攻击强化与气相沉积涂层复合手艺、外貌织构化与涂层复合手艺、微弧氧化与涂层复合处置惩罚手艺等。。。。。

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