本文利用钛-铝之间的互扩散,通过镀钛渗氮的改性技术在ZL205A铝合金表面制备出了高硬度高耐磨性的复合改性层。首先通过第一性原理计算热扩渗过程生成相的形成能,并通过计算原子扩散系数作为辅助,实现对镀渗复合改性层的设计。采用磁控溅射方法在铝合金表面镀钛,然后将预置钛膜的铝合金进行等离子渗氮,在其表面获得复合改性层,采用XRD、SEM、EDS对钛膜和复合改性层的相结构、形貌和成分进行分析,并对镀渗复合改性层进行了硬度表征和摩擦磨损测试。第一性原理计算结果表明,Ti-Al之间发生互扩散,且Ti的扩散系数远大于铝的扩散系数。在渗氮温度下,钛铝化合物中Al3Ti的形成能最低,最容易形成。Ti N0.3的形成能远大于Al3Ti的形成能,且结合能的绝对值很大,Ti N0.3比Al3Ti难形成,但是比Al3Ti更稳定。据此预测,钛膜较厚时,通过镀钛渗氮的方法可形成表层为Ti N0.3,中间层为Al3Ti的复合改性层。钛膜较薄时,改性层为单一的化合物Al3Ti层。通过磁控溅射的方法,在ZL205A铝合金表面成功制备出一层致密且分布均匀的α-Ti,并且存在(002)晶面择优取向,随着钛膜厚度增加,择优取向趋势增强。镀钛铝合金渗氮后表层形成了梯度多相结构的复合改性层,最外层为Ti N0.3,中间层为Al3Ti。镀钛膜厚度较薄时,改性层只有Al3Ti,无Ti N0.3生成,钛膜厚度增加,复合改性层中Ti N0.3层所占比例增加。Ti N0.3同样在(002)晶面择优取向,随钛膜厚度增加,择优取向性增强,晶粒变得均匀且致密。复合改性层显著提高了ZL205A铝合金表面的硬度。镀渗复合处理的铝合金的硬度最高达HV411,是固溶时效态铝合金硬度的4.2倍。Ti N0.3存在(002)晶面择优取向时,改性层的硬度提高。复合改性层的摩擦系数虽然提高,但是其磨损率降低。经镀渗复合工艺处理的铝合金,相比于固溶时效的铝合金,磨损率分别降低了11.84%,47.13%和50.58%,可见镀渗复合改性层显著提高了铝合金的耐磨性能。改性层的磨损机制主要为磨粒磨损,并伴随有氧化磨损。