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疲劳与磨损耦合失效是威胁航空发动机和工业动力装置的重要隐患,特别是紧密配合连接结构接触面上的微动疲劳（FF）失效更是工业装备的“癌症”,同时涉及到疲劳、磨损和腐蚀（包括氧化）三大失效模式。等离子体表面合金化技术能够有效提高金属材料的耐磨和耐蚀性能,但却常常不利于抗疲劳性能;喷丸形变强化能够有效改善金属材料的抗疲劳性能,但是对耐磨性能的提高不够显著。为此,将等离子体表面合金化与喷丸强化复合成为解决微动疲劳等涉及疲劳、磨损及腐蚀耦合失效的重要技术途径。Cr是改善金属材料耐蚀、耐磨性能方面优势突出的合金化元素,然而有关离子渗Cr及其与喷丸强化复合处理对工业动力装置用钛合金及不锈钢疲劳（包括微动疲劳）行为的研究工作尚较少开展,相关机理也不够清楚。此外,钛合金与不锈钢的晶体结构通常有较大区别,因此开展基体材料类型对表面合金化层组织及其抗疲劳性能影响规律及机理的研究也十分有意义。为此,本文选择常用的双相钛合金TC4和含Cr量较少的马氏体不锈钢2Cr13为材料对象,开展辉光离子渗Cr及其与喷丸强化复合处理对钛合金和不锈钢常规疲劳和微动疲劳行为的影响及机理研究。具体研究工作和取得的主要结果如下:（1）研究了TC4钛合金表面离子渗Cr层的形成过程与组织结构,结果表明,800℃下渗Cr处理4小时后获得的合金化层由四个子层构成:Cr沉积层、TiCr2层、Ti4Cr层和Cr-Ti固溶层。Cr-Ti固溶层是由反应扩散中形成的（?Ti,Cr）固溶体在随炉冷却到室温过程中发生相转变（?Ti,Cr）→Ti4Cr+（?Ti,Cr）而得到的。Cr-Ti固溶层的硬度沿层深方向逐渐增加（430HK540HK）,这一反常变化与软相Ti4Cr的析出量有关。离子渗Cr层的表面硬度较高（670HK）,但韧性较差;而Cr-Ti固溶层则保留了良好的韧性。（2）对比研究了钛合金表面离子渗Cr试样和Cr-Ti固溶层试样（去除了Cr合金化层的前三个子层）的常规疲劳行为,结果发现,离子渗Cr使TC4钛合金的疲劳抗力显著降低,主要原因归于Cr合金化层的韧性差,且相邻子层的力学性能差异大,协调变形能力差,疲劳裂纹易在相界面处萌生;而韧性较好的Cr-Ti固溶层试样的疲劳抗力明显比离子渗Cr试样高,但仍低于TC4钛合金基材,原因归于渗Cr过程中的高温环境造成钛合金基体固有力学性能的退化。（3）离子渗Cr与喷丸后处理复合能够显著提升钛合金的常规疲劳抗力,效果大于钛合金基材单独喷丸处理,此归因于喷丸强化在离子渗Cr试样表层引入了数值大、分布深的残余压应力,有效延缓了疲劳裂纹的萌生和早期扩展。Cr-Ti固溶层试样与喷丸后处理复合,其疲劳抗力远高于离子渗Cr与喷丸强化复合处理试样,原因归于硬度稍高、韧性较好的Cr-Ti固溶层形变强化潜力大,喷丸处理能够在试样表层引入数值较大、分布较深的残余压应力场。（4）对比研究了离子渗Cr和Cr-Ti固溶层及其与喷丸强化复合对TC4钛合金微动疲劳行为的影响规律和机制,结果发现,对耐磨性能改善有限的Cr-Ti固溶层试样的微动疲劳抗力明显高于可显著提升耐磨性能的离子渗Cr试样,这表明一味提高耐磨性能而牺牲疲劳性能的表面处理并不能有效提高钛合金的微动疲劳抗力。Cr-Ti固溶层与喷丸复合处理试样的微动疲劳抗力明显高于离子渗Cr与喷丸复合处理试样,原因主要归于Cr-Ti固溶层形变强化潜力大,喷丸后可获得更有利的残余压应力场分布。（5）为进一步提高Cr-Ti固溶层的强韧综合性能,在TC4钛合金表面通过先渗Zr再渗Cr制备了Cr-Zr合金化层,其包含四个子层:Cr沉积层、TiCr2层、Ti4Cr层和Cr-Zr-Ti固溶层。Cr-Zr-Ti固溶层中的Cr含量比Cr-Ti固溶层低,Ti4Cr软相的析出量也较少,因而其硬度高于Cr-Ti固溶层,同时具有良好的韧性。此外,Cr-Zr-Ti固溶层与基体的协调变形能力好,且存在稳定性好的残余压应力,故显著提高了TC4钛合金的疲劳抗力,由此取得了单纯通过表面合金化提升钛合金抗常规疲劳和微动疲劳性能的技术进展。（6）采用喷丸强化对Cr-Zr-Ti固溶层试样进行表面形变强化处理,其常规疲劳抗力和微动疲劳抗力明显高于Cr-Ti固溶层与喷丸强化复合处理试样,达到了复合改性协同增强钛合金抗常规疲劳与抗微动疲劳性能的目的。原因主要归于喷丸可在Cr-Zr-Ti固溶层试样表层引入数值更高的残余压应力,而残余压应力场对抑制疲劳裂纹或微动疲劳裂纹扩展起着主导作用。这也表明,强韧综合性能好的改性层具有更好的形变强化潜力,与喷丸后处理复合时更能有效地提高钛合金的常规疲劳和微动疲劳抗力。（7）Cr-Zr-Ti固溶层能够提高350℃高温下TC4钛合金的常规疲劳和微动疲劳抗力,由此实现了单纯依靠表面合金化即可改善钛合金抗高温疲劳与高温微动疲劳性能的目标。然而,Cr-Zr-Ti固溶层对钛合金高温常规疲劳和微动疲劳抗力的提高程度明显比室温条件小,原因归于高温下Cr-Zr-Ti固溶层表面疲劳驻留滑移带的形成阻力及微动磨损性能的改善效果有所降低,表面较易萌生疲劳裂纹或微动疲劳裂纹。（8）2Cr13不锈钢表面辉光离子渗Cr研究结果表明,750℃和850℃获得的离子渗Cr层主要由Cr沉积层、铬铁碳化物层和Cr-Fe固溶层构成;670℃离子渗Cr层主要由Cr沉积层和铬铁碳化物薄层构成。离子渗Cr处理显著提高了2Cr13不锈钢的耐磨性能,但却使其常规疲劳和微动疲劳抗力严重下降;而喷丸后处理也未能恢复离子渗Cr处理造成的不锈钢固有疲劳性能的下降,主要原因归于喷丸后处理造成韧性差的渗Cr层开裂和脱层,促进了疲劳裂纹的萌生,而喷丸引入表层的残余压应力数值较小,对疲劳裂纹扩展寿命的延长不足以弥补渗Cr层开裂所造成的负面影响。