鈦及鈦合金具有低密度、高比強度、較寬的工作溫度范圍、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優異性能。多孔材料是一種新型的結構與功能材料，它可以在較輕的重量下有效地發揮其力學性能與結構性能。與實體材料相比，這些特殊的輕質材料具有優良的綜合力學性能。多孔泡沫鈦及其合金融合了鈦合金與多孔材料的特性，能夠減輕材料的重量而不削弱其強度，同時保持高的韌性和耐腐蝕性。

    據了解，泡沫鈦及其合金在一些特殊領域具有重要的應用價值，特別是在生物醫用行業，由于多孔鈦兼有高生物相容性和優秀的機械性能，所以優勢十分明顯。相比整體多孔鈦材，僅在表面進行多孔化處理的鈦材具備更高的機械強度，可承受更大的生理負荷，因而在醫學領域展現出更為廣闊的應用前景。
 

    在鈦合金基材表面附加一層多孔鈦涂層就是一種表面多孔化的方法。已有報道，將鈦粉置于真空環境中通過無壓高溫燒結法可以制備出多孔鈦涂層，但是所得的涂層存在孔隙率低、彈性模量高的缺點。又據報道，將粗鈦粉和細鈦粉物理混合后，利用等離子噴涂技術也可以制備出多孔鈦涂層，但該涂層存在氧含量高、孔形不規則和貫通孔過少等問題。

    近期，中國兵器科學研究院采用冷噴涂技術制備了Ti-Mg復合涂層，通過對該涂層中Mg的真空蒸餾實現多孔鈦涂層的制備。他們采用自制的Ti粉和Mg粉，按80∶20的質量比物理混合后，作為該涂層的噴涂粉末。噴涂所選基體為TC4?牌號的鈦合金（0.002％H，0.07％O，0.02％N，0.02％C，0.04％Fe，6.2％Al，4.1％V，TiBal）。采用高速高壓冷噴涂設備制備Ti-Mg復合涂層，工作氣體為N2，工作壓力為3.0MPa，氣體加熱溫度為300℃，噴涂距離為25mm。然后，采用真空燒結爐對噴涂態Ti-Mg復合涂層進行真空蒸餾，腔室壓力為2.0~2.3MPa，蒸餾溫度為1100℃，蒸餾時間為2h。

    檢測表明，所獲涂層與基體的結合界面較為緊密，涂層的致密度較高，平均厚度為250μm左右，涂層中兩種成分的分布較為均勻。經測定，涂層與基體的結合強度達到60MPa，涂層孔隙率小于1%。利用能譜分析儀對表面進行成分分析，結果顯示，涂層中的鈦粒子沒有明顯的氧含量，表明冷噴涂技術很好地避免了鈦粉的過度氧化，從而有利于保留噴涂粉末原有的化學成分；但涂層中的鎂粒子發現存在較多的雜質，這主要是由于鎂金屬的活性過高，在大氣中發生自然氧化所致。為使涂層多孔化，必須將噴涂態涂層中的鎂成分去除，因此對噴涂態涂層進行了真空蒸餾。真空蒸餾后涂層的顯微結構存在明顯的貫通孔狀結構，涂層的孔隙率達到了50%，孔徑分布為30~100μm。涂層表面的能譜分析結果表明，涂層在真空蒸餾處理后只有鈦元素成分存在，鎂元素成分已經完全蒸餾。

    中國兵器科學研究院的工作證明，冷噴涂技術和真空蒸餾的完美結合，可制備出貫通型多孔結構的純鈦涂層。

責任編輯：李玲珊

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