钛及钛合金具有比重小、比强度高、耐腐蚀等优点,是航空航天、海洋工业、石油化工等高科技领域的关键材料。因其高熔点、高活性、难加工的特点,钛在冶炼、提取以及加工方面异常困难,成本居高不下。增材制造（AM）和粉末烧结工艺均能实现材料的近净成形,可大幅提高原料利用率,可以解决复杂结构钛制件在加工端面临的高成本难题。其中,AM工艺通常以流动性优异的球形钛粉为原材料;粉末烧结工艺则需要烧结激活能低的细粒径低氧钛粉。然而,上述工艺所需的球形粉末及细粒径低氧钛粉制备难度大,且成本昂贵（球形钛粉＞1000元/kg）,极大地限制了粉末冶金钛（PM Ti）的发展及应用。为此,本研究基于高能气流改性原理,开发了低成本钛粉改性制备技术:以低成本不规则形貌的氢化脱氢钛（HDH Ti）粉为原料（约150元/kg）,通过高能气流带动粉体颗粒相互碰撞,达到整形改性效果,进而实现HDH Ti粉末球形度和流动性的改善,及其粒度分级和有效钝化,所制高质量钛粉适用于AM和粉末烧结工艺,并且实现了不同粒度范围钛粉的有效利用,为钛粉近净成形的低成本化提供了一条有效途径。本研究的主要内容及结果如下:（1）开发了高能气流钛粉改性技术,制备了氧含量为0.17 wt.%,流动性达29 s/50g的近球形钛粉（D50=40.1 μm）,较球形粉末成本降低约60%以上。同时,获得了分散性良好,粒度分布集中,比表面积达216.6m2/kg,氧含量为0.22wt.%的改性细粒径钛粉（D50=10.9 μm）。研究了工艺参数对粉末特性的影响规律,得到高能气流研磨时间为6min时,钛粉呈现最高球形度,流动性达到最优值,即29 s/50g。基于CFD-DEM流固耦合模拟对粉末改性过程中的气流及粉末颗粒的运动规律进行探索,研究了高能气流钛粉整形改性的机理,分析了改性过程中粉体间的碰撞应力、碰撞能量与研磨气压、粉末粒径的影响规律,厘清了碰撞应力对于钛粉形貌及其表面微结构的影响机制和内在联系。通过流固耦合模拟计算结合工艺优化设计,得出当研磨气压为0.6 MPa时,可以在显著改善粉末球形度的同时,最大化研磨的能效比。（2）阐明了改性钛粉表面原子尺度氧化膜的微观结构与组成分布,揭示了氧在钛粉中的赋存状态,得到钛粉由外及里的氧分布特征依次为TiO2、TiO2-x→TiO→Ti[O]。研究了改性工艺对粉末氧化膜的界面结构、钝化特性的影响,通过与球形粉末热氧化行为的对比,认为改性HDH Ti粉具有良好的抗氧化能力。通过氧化膜原子尺度的分析表征,表明改性过程中粉末表面形成了热力学稳定且致密的氧化物（TiO2）,是改性粉末具有优异钝化性能的主要因素。基于扩散机理和热力学理论揭示了钛粉氧化机理,动力学机制表明,氧在钛表面的吸附及不同晶格位点间的扩散势垒决定了初始氧化膜的形成及扩散路径;热力学计算表明,反应驱动力是氧化膜中氧化物梯度分布的重要原因,并且反应驱动力随温度升高而逐渐下降。因此,调控氧化膜的热稳定性有助于提高粉末抗氧化能力,有利于控制钛粉氧含量,提高后续成形制件的力学性能。（3）研究了高能气流制备的钛粉在增材制造及粉末烧结中的应用,实现了改性粉末的高效利用。研究表明,近球形粉末的激光吸收率可达70%以上,与球形钛粉接近。采用近球形粉末进行LPBF成形,在不同打印参数下均具有良好适用性,成形件致密度达到99%以上,室温抗拉强度和断裂延伸率分别为731.5MPa、20.5%,且与球形钛粉成形件力学性能相当。改性粉末烧结件室温抗拉强度和断裂延伸率分别达660.3 MPa、17.3%。结合粉末特性及成形件微观组织分析认为,LPBF成形件具有细小晶粒,且含有大量b=1/3[1213]锥面位错及{1011}＜1012＞等孪晶的α’马氏体组织,使其表现出较好且稳定的加工硬化能力。同时,通过热加工对高氧粉末烧结制件进行强韧化处理,获得了具有双峰微观组织的PM Ti制品,室温抗拉强度和断裂延伸率分别为779.8 MPa、22.5%,实现了 PM Ti制件强度和塑性的协同增效。