Ti-6Al-4V钛合金因其组织结构稳定、耐腐蚀性能和生物相容性好等优点被广泛应用于航空航天和生物医学等领域。但Ti-6Al-4V钛合金在室温下的可塑性、耐磨性较差且加工硬化严重,因此限制了其应用范围。为了解决此问题,本研究利用放电等离子烧结（Spark plasma sintering,即SPS）工艺优化及添加稀土化合物（Y2O3、YH2和YbB6）的方法来提高Ti-6Al-4V钛合金的力学性能。实验结果显示,SPS的较佳参数为:烧结压力30 MPa、烧结温度1100℃、升温速率100℃/min和保温时间5 min。对于稀土外加剂的研究结果发现,稀土化合物的种类以及加入量对钛合金的显微组织及力学性能都有着显著的影响。当在钛合金中加入Y2O3时,通过SPS烧结制备的Ti-6Al-4V+x Y2O3复合材料的微观组织从魏氏组织向双态组织发生转变,晶粒明显细化。当Y2O3加入量为0.7wt%时,制备的复合材料的致密度和维氏硬度分别为99.35%和392HV;拉伸屈服强度、最大抗拉强度和伸长率也有所增加,分别为913 MPa、1088 MPa、7.9%。SEM分析发现,添加Y2O3后制备的复合材料断裂方式为韧性断裂。当在钛合金中加入YH2时,制备的Ti-6Al-4V+xYH2复合材料的微观组织从片状α和晶间β发生转变,α相变得粗大,且趋于片层状,且组织主要由α相和转变β相组成。并且在添加YH2后通过原位反应在复合材料内部生成Y2O3,内生的Y2O3主要分布在晶内,还有一小部分分布在晶界处,对晶粒的长大有抑制作用。当加入0.5wt%YH2时,制备的复合材料的致密度和维氏硬度分别为99.50%和565 HV;压缩屈服强度和最大抗压强度得到了提高,分别为1740 MPa和2199 MPa。对于YbB6的研究结果显示,烧结后的Ti-6Al-4V+xYbB6复合材料中会出现由于原位反应所生成的Ti B及Yb2O3,生成的Ti B具有高弹性模量和硬度且与Ti基体化学相容性好。当YbB6加入量为0.6wt%时,制备的复合材料的致密度和维氏硬度分别为99.43%和403HV;拉伸屈服强度、最大抗拉强度和伸长率得到了提高,分别为903 MPa、1148MPa和4.3%。添加YbB6后制备的复合材料的断裂形式为韧性和脆性混合性断裂。综合研究结果发现,添加Y2O3后对钛合金复合材料的韧性有明显提高,力学性能也由于细晶强化的效果表现优越;添加YH2后对钛合金复合材料的硬度提升很大,因此耐磨性提高,压缩强度也有很大提高,由于原位反应对复合材料的除氧效果有很大改善,但材料脆性太大;添加YbB6后,会发生原位反应生成Ti B晶须和Yb的化合物颗粒,生成的Ti B以长块状及晶须状的形式存在于晶粒内部且具有六边形截面,有利于钛合金复合材料强度的提高。