钛及钛合金因硬度低,摩擦磨损性能差,限制了其在耐磨工况下的使用。表面处理技术可有效地改善钛合金的硬度和耐磨性能。其中真空热氧化工艺可通过氧化与真空扩散手段在合金表面形成一定厚度的氧扩散层,从而改善钛合金的表面性能。但真空热氧化仅提高了钛合金的表面硬度与耐蚀性,对其摩擦磨损性能提升幅度不大。而使用PVD技术在材料表面制备TiN薄膜涂层,可提高材料硬度、增强耐蚀与耐磨性能、降低材料的表面粗糙度。但Ti6Al4V合金硬度较低,在钛合金表面直接制备TiN后,在外加载荷的工作环境下,基体易变形使得表面膜层破裂脱落,结合性能可能并不理想,涂层也无法对基体进行强化。若在真空热氧化处理的钛合金表面制备TiN薄膜,因真空热氧化处理强化了材料表层,强化层作为过渡层,硬度提高、不易变形、可为表面的TiN薄膜涂层提供支撑,从而提高Ti6Al4V合金的表面性能。本论文首先使用真空热氧化技术对Ti6Al4V钛合金进行氧化与扩散处理,研究了不同温度与时间下真空热氧化处理对钛合金的组织性能影响,然后在Ti6Al4V、氧化处理与真空扩散处理的钛合金样品表面使用PVD多弧离子镀技术制备出TiN薄膜,得到复合处理的钛合金样品,研究了复合处理样品的膜基结合力及性能。主要研究结果如下:（1）氧化阶段,钛合金表面生成的以金红石TiO2为主的氧化层和氧扩散层提高了钛合金的硬度,耐蚀性与耐磨性。随着氧化温度的升高,表面生成的氧化层与氧扩散层厚度逐渐增大,氧化层的表面逐渐变得粗糙,800℃氧化处理后,表面生成的氧化层可覆盖整个样品表面,且相对光滑,样品耐蚀性能最好。850℃氧化处理后,钛合金硬度最高,但氧化层粗糙多孔,耐蚀性能下降。（2）真空扩散阶段,因热处理时间增长与O原子的扩散,钛合金内部等轴α晶粒增多,晶粒长大,扩散层内β晶粒逐渐缩小转变为α晶粒。随扩散温度与时间的增加,氧化阶段生成的金红石TiO2氧化层加速溶解,扩散层厚度增加。在扩散温度较低时,表面生成锐钛型TiO2与Ti2O。随温度升高,表面氧化物逐渐减少,850℃扩散20h后,经抛光处理,钛合金表面基本无金红石TiO2与氧化物存在,扩散厚度可达183μm。经检测,扩散处理后耐蚀与耐磨性能均高于氧化处理后试样,扩散处理后样品的磨损率为Ti6Al4V样品的0.541倍,磨损机制转变为磨粒磨损。真空热氧化处理提高了钛合金的硬度、耐腐蚀与耐摩性能。（3）使用PVD多弧离子镀在Ti6Al4V、氧化处理与扩散处理的钛合金样品表面制备出TiN薄膜。经检测,Ti6Al4V硬度较低,膜基结合性能较差,仅为7.2N,氧化处理的样品表面因存在氧化物,PVD处理后样品表面便出现薄膜脱落现象,划痕测试初期表面薄膜便破碎脱落,膜基结合性能差。扩散处理后样品表面氧化物含量降低,膜基结合性能上升,850℃扩散处理20h后的样品表面基本无氧化物,膜基结合力最优可达31.2N,腐蚀电位增加0.495V,腐蚀电流密度下降两个数量级,硬度为1320HV,整体性能最好。研究表明,样品的硬度与表面生成的氧化物会影响PVD处理后样品的膜基结合性能及表面膜层厚度,从而影响镀膜后样品的力学性能与耐蚀性能。复合处理后钛合金的磨损机制以磨粒磨损为主,黏着磨损为辅,磨损量为4.583×10-7g/（N·m）,耐磨性能提高。经真空热氧化处理Ti6Al4V合金表面生成的硬度呈阶梯分布的氧扩散层,作为次表层,提高了钛合金的表面硬度与耐蚀性,与PVD制备的TiN薄膜呈现出较好的结合力,提高了涂层的性能与寿命。真空热氧化与PVD复合处理可显著的提高了钛合金的硬度、耐蚀性与耐磨性。