表面强化处理是提高材料表面及疲劳性能的重要手段,但采用传统单一表面强化处理技术难以在显著提高材料表面性能的同时改善其疲劳性能,基于此本文基于超声冲击和电火花表面加工,提出了新型超声冲击复合电火花表面强化处理(UIET)技术。在设计研制专用UIET设备基础上,通过大量工艺试验在金属材料表面制备了存在残余压缩应力场的涂层。通过分析UIET过程中的撞击信号和电流信号,揭示了其基本原理;利用SEM、EDS、XRD、XPS等手段表征了涂层的组织构成,进一步分析了其形成机理;研究了各工艺参数对涂层的影响,并测试了涂层的表面性能以及使用性能。以Ti-6Al-4V为基体系统研究了UIET过程及涂层形成机制,结果表明:UIET过程稳定可持续,涂层是由基体元素、电极元素及被电火花电离的气体或液体元素发生合金化反应而形成的新相。涂层由于其快速凝固过程且受到冲击球的撞击,增加了形核率,在撞击和挤压作用下最终形成细小的颗粒。以45号钢为基体,YG6硬质合金为冲击球的工艺研究结果表明,UIET过程中冲击球的稳态温度和撞击能量是影响涂层质量的主要因素。采用优化后的UIET工艺在45号钢表面制备出了厚度均匀且存在残余压缩应力场的涂层,涂层下方为难以被腐蚀的白层。UIET后材料表面硬度由于涂层的存在得到显著提高,涂层下方白层的硬度也由于晶粒细化得到了明显提高。UIET后材料表面残余应力为-1786MPa。UIET表面由于涂层的存在及其与基体的冶金结合,摩擦磨损性能和腐蚀性能得到显著提高,在中低应力水平下的疲劳性能也有明显提升。疲劳性能的改善机制主要为UIET过程中电火花对材料表面的重熔作用消除了可能存在的叠形缺陷,并且UIET制备的涂层在疲劳过程中可减少材料表层残余压缩应力的释放,以对疲劳裂纹的萌生和扩展起到延缓作用。