Ti6Al4V具有良好的力学性能,其比重小,比强度高,有着广泛的应用领域。但是,该合金硬度低,耐磨性能差,并且化学活性高。当它与氧化性溶液(如双氧水等)接触后,由于合金的双相结构极易形成腐蚀原电池,加速氧化腐蚀过程,使零件过早的失效。因此,延长钛合金在氧化性氛围中的使用寿命,越来越受到人们的关注。本文采用等离子体浸没离子注入(PIII)技术,在Ti6Al4V合金表面制备一层改性层,用来提高该合金的抗氧化腐蚀性能。采用正交试验系统研究了注入电压、射频功率、注入气压、注入时间、注入元素种类五个注入参数对改性后Ti6Al4V的机械性能、电化学腐蚀性能、抗氧化化性能的影响。在此基础上,进一步研究了氮气注入条件下,注入气压单参数变化对改性后Ti6Al4V性能的影响规律,以及氧气注入条件下,注入时间单参数变化对改性后Ti6Al4V性能的影响规律。采用超小载荷显微硬度计测量试样改性后的显微硬度值,结果表明经过离子注入后试样的显微硬度均较基体提高。利用自制球盘式摩擦磨损试验机测量试样的摩擦系数,并且利用积分摩擦系数来表征材料的耐磨性能。采用电化学腐蚀测试仪测量改性层腐蚀极化曲线,根据塔菲尔(Tafel)外推法计算改性层的腐蚀电位、腐蚀电流,来表征改性层的电化学腐蚀性能。用精密天平称量双氧水浸泡10天前后的质量,计算单位质量损失率来表征材料抗氧化腐蚀性能,优化后的试验结果证实,注入后试样质量损失均比基体减小。扫描电子显微镜(SEM)观察离子注入形貌、电化学腐蚀形貌、氧化腐蚀形貌,氧化腐蚀后观察到晶界腐蚀、均匀腐蚀、均匀腐蚀加孔蚀及孔蚀四种典型形貌。在上述分析的基础上,提出了晶界缺陷密度和晶粒缺陷密度决定的腐蚀形貌判据。采用X射线光电子谱(XPS)分析浸泡氧化腐蚀前后试样表面成分,表明注入后试样表面形成化合物,氮注入后试样形成了TiNx。氧注入试样形成了TiO2,同时在注入试样表面发现了三价的钛原子,浸泡后试样表面发现了Ti-OH化合物。在上述结果基础上,提出了改性层氧化腐蚀的基本化学反应过程。综上所述,由于离子轰击、辐照作用,给表面带来了空位、位错和还原原子等缺陷。等离子体浸没离子注入处理,并不能阻止氧化腐蚀的进行,但是在适当的工艺条件下,对原子扩散氧化起抑制作用,延缓材料的氧化腐蚀行为,提高材料在氧化性溶液中的使用寿命。