钛合金具有良好的综合性能,如比强度高,耐腐蚀,耐高温等,目前已广泛地应用于航空航天,潜艇舰船,核反应堆,兵器、化工、汽车领域。TA 16钛合金(Ti-2Al-2.5Zr)是一种密排六方晶体结构的α-钛合金,广泛的应用于航空航天发动机的叶片、压气机盘、鼓筒材料和舰船的阀门、管道等材料以及核反应堆的结构材料。本文重点是探究钛合金表面超精密加工工艺参数,并对钛合金表面进行纳米压痕处理制备大面积、高密度的纳米孪晶以提高表面硬度和强度。针对钛合金加工性能差,不易得到高质量表面的缺点,本文利用化学机械抛光对钛合金表面进行超精密加工,探究了化学机械抛光过程中抛光垫种类、磨料的粒径和浓度、氧化剂的浓度、配重压力的大小等重要影响因素对钛合金化学机械抛光结果的影响。最终选取合适的抛光垫,配制抛光液,确定抛光工艺参数,得到高质量的抛光表面。经过研磨,粗抛和精抛后,钛合金晶片的表面粗糙度Ra和PV值分别为0.722 nm和6.061nm。为了提高钛合金表面硬度和强度,本文采用准静态加载方法,用纳米压痕仪对钛合金抛光表面进行不同载荷(6 N、5 N、4 N、3 N、2 N、1.5 N、1 N、0.5 N)重复加载处理,根据分析可知,压痕载荷为1.5N时钛合金表面硬度提升最大。选取1.5 N的压痕载荷在钛合金表面进行200次重复压痕实验,用扫描电镜观察重复加载压痕形貌。经过首次加载后的钛合金表面的硬度值大大提高,并且材料仍保持良好的塑性和韧性。最后在1.5 N的压痕载荷下制造钛合金纳米压痕阵列表面,获得宏观表面纳米孪晶化表面。为了验证纳米压痕处理下钛合金表面硬度提高的根本原因是其表面在纳米压痕处理下产生了大量的孪晶。本文采用透射电子显微镜对未经处理和经大面积压痕处理的钛合金进行透射电镜的表征。表征结果表面,未经压痕处理的钛合金表面没有共格晶界的出现,选区电子衍射也呈现单点衍射斑。经过压痕处理的表面有大量的层错出现,孪晶的共格晶界明显,电子衍射是双点衍射斑,但由于位错的堆积和缠结导致电子衍射中还有一些很小的衍射斑点。