振动疲劳断裂与失效是航空关键构件亟需解决的关键问题,离子注入通过在金属材料表层引入的残余压应力和高密度缺陷,可以有效抑制裂纹的萌生与扩展,是提高材料疲劳寿命的有效手段。本文以航空铝合金7075-T651为研究对象,探究氮离子注入对材料表面完整性的影响规律,揭示氮离子注入强化7075-T651铝合金抗疲劳性能的机理。主要研究内容和结论如下:（1）利用残余应力测试仪,测试了离子注入前后试样残余应力的分布规律,结果表明离子注入在试样表面诱导了残余压应力,且残余压应力幅值随着距表面深度的增加逐渐减小;利用X射线衍射技术,分析了离子注入前后试样的物相变化,结果表明离子注入没有在材料内部引起相变,但衍射峰发生宽化且强度降低,这是因为离子注入在表层引入的残余应力、位错增殖和晶粒细化。（2）通过离子注入仿真程序,模拟了氮离子注入的运动轨迹,并计算了氮离子注入的深度分布和反冲原子分布情况,结果表明氮离子注入在材料内部呈高斯分布,注入深度达到200 nm,且离子注入在试样内部产生了大量空位和缺陷;研究了离子注入对7075-T651铝合金微观组织演变的影响规律,结果表明氮离子注入在7075-T651铝合金表面诱导了大量的位错、亚晶界和析出相,其相互作用提高了试样内部微观结构的稳定性。（3）探究了离子注入对振动疲劳寿命的影响规律,结果表明离子注入使原始试样的振动疲劳寿命增加了75%;利用扫描电子显微镜,分析了振动疲劳断口形貌及各阶段的变化特征,发现离子注入试样疲劳裂纹萌生位置从表面转移到次表面,说明离子注入有效抑制了裂纹的萌生;疲劳条带间距从0.30μm下降至0.18μm,表明了离子注入使裂纹扩展速率降低;瞬断区的撕裂脊数量降低且韧窝的平均尺寸和深度增加,说明离子注入提高了材料的断裂韧性。（4）利用透射电子显微镜,分析了离子注入前后振动试样近断口的微观结构演化规律,发现在距离表面20μm的深度位置,离子注入试样的晶粒内部存在高密度位错和亚晶粒,随着距离表面深度的增加,位错密度逐渐降低且晶粒尺寸变大,表明离子注入使试样近表层微观结构呈梯度分布。（5）基于组织强化和应力强化理论,研究了离子注入对振动疲劳性能的强化机制,结果表明离子注入诱导的高密度位错提高了试样的抗塑性变形能力,位错与析出相的相互作用有效提高了残余压应力的稳定性,降低了等效应力强度因子,有效抑制了裂纹的萌生与扩展,进而显著提高金属材料的振动疲劳寿命。