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钛的密度小、强度高、化学性质活泼,在服役环境中通常会于表面迅速形成稳定且致密的钝化膜,可以有效地阻绝钛及钛合金金属基体与腐蚀介质之间的接触避免腐蚀的进一步发生。探究钛的钝化行为及钝化机制对于钝性金属腐蚀理论及工业防腐蚀工艺的发展都具有十分重要的意义。基于同步辐射X射线吸收谱（X-ray absorption spectroscopy,XAS）、表面成分及结构表征技术及电化学测试,对TC4（Ti-6Al-4V）在0.5 M硫酸溶液中阴极区、活化区、钝化区和溶解区极化电位下的钝化行为及氧化膜性能差异性和关联性进行了研究。结果表明:氧化膜厚度与施加的极化电位呈正相关,但氧化膜越厚并不意味着耐蚀性越好,氧化膜中氧化物的价态和结构同样具有重要影响。TiO2是氧化膜表面钛氧化物的主要存在形式,而极化电位的升高会促进TiO2的形成。当施加溶解区电位极化时,氧化膜表面的Ti、TiO或Ti2O3几乎全部被氧化为TiO2,而氧化膜中高含量的TiO2有利于耐蚀性的提高。在较低的极化电位下,TiO2多以锐钛矿-TiO2形式存在,而随着施加的极化电位升高,TiO2由锐钛矿结构向金红石结构转变。大多数锐钛矿型TiO2在溶解区电位极化下会转变为金红石型TiO2,但当金红石TiO2和锐钛矿TiO2共存时,氧化膜才会具有最佳的致密性与耐蚀性,因此较高的钝化区电位下（1.0和1.5V）钝化膜会表现出较好的稳定性和耐蚀性。为了进一步探究TC4钝化行为的时间演化规律,对其施加1.0 V极化电位,针对不同极化时间的样品表征其表面钝化膜的形态、成分等信息。在钝化过程中,电流密度在前2000 s内以不断衰减的速度下降,随后达到第一个电流密度波动范围较大的动态平衡状态（2000—18000 s）,而随着极化时间延长到18000 s,钝化反应达到第二个波动范围较小的动态平衡状态。钝化膜的平均生长速率在最初呈现下降趋势,在4 h-8 h间达到最小值,而在8-24 h内钝化膜的生长速率又逐渐增加。极化时间的增加还促进了锐钛矿型TiO2向金红石型TiO2的演化,而钝化膜最表面的氧化物价态不受极化时间的影响,极化时间的延长会促进钝化膜向内部的生长,在钝化膜内部生成更多低价氧化物。此外,样品表面钝化膜的粗糙度与极化时间呈负相关。钝化膜的耐蚀性能随着极化时间的延长而增强,这是由于钝化膜厚度的增大,更多Ti氧化物的生成,表面更加致密平滑,金红石型TiO2含量的增加。除通过谱学及电化学手段研究TC4不同条件下的钝化行为外,其钝化膜生长过程形态最直观的观察还需进一步探究。因此,本研究利用电化学原子力显微镜（Electrochemical atomic force microscopy,ECAFM）原位观察了 TC4在3.5 wt.%NaCl溶液中不同极化电位下,钝化膜的生长及溶解过程的形态变化。当施加钝化区电位极化时,钝化反应状态较稳定,钝化膜的生长从形成岛状结构开始,随着电位的升高,岛状结构的数量增加,且已生成的岛状结构会继续生长,尺寸变大。同时钝化膜的价态也升高,而粗糙度会随着岛状结构生长和均匀分布而降低。当施加溶解区电位极化时,在前序钝化区电位极化下生成的尺寸较大的岛状结构会被溶解,形成片状结构的钝化膜,Ti氧化物价态降低。随后施加二次钝化区电位极化,钝化膜会在溶解区形成的片状结构基础上继续生长,同时随着二次钝化区内钝化反应状态的稳定进行,样品表面钝化膜的粗糙度进一步下降,钝化膜的价态升高。为了探索A1和V元素的添加对钛合金钝化的影响,本论文针对TA2（Ti）、TA6（Ti-5A1）、TC3（Ti-5Al-4V）和 TC4（Ti-6Al-4V）在 3.5 wt.%NaCl 溶液中钝化行为开展研究。结果表明:随着Al元素的添加,TA6相较于TA2其Ecorr降低,icorr和ipass增加,耐蚀性降低;当继续添加V元素时,TC3相较于TA6其Ecorr略增加且icorr和ipass降低,耐蚀性有所提高;随后再添加A1元素,TC4相比于TC3其Ecorr显著增加,icorr和ipass也明显降低,其耐蚀性进一步得到改善。此外,4种材料在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡12 h后的钝化膜膜阻也反映出相同的耐蚀性规律。4种材料在自然状态下生成的钝化膜内,Ti氧化物价态沿着深度方向降低,Al和V氧化物含量沿着深度方向减少,且V仅在钝化膜表层会被氧化成V2O5。在1.0 V电化学钝化条件下,4种材料的钝化膜生长过程均表现出暂态、亚稳态和稳态阶段,且钝化膜生长过程中稳定性关系为:TA2＜TA6＜TC3＜TC4。但只有TC4会在极化时间22000 s后电流密度振幅继续缩小,这意味着其表面钝化膜生长可以进入第二个稳定性更高的稳态生长阶段,钝化膜保持稳定生长,具有最高的Ti氧化物价态。最后,本论文基于高通量组合材料芯片制备技术、飞行时间二次离子质谱（Time of flight secondary ion mass spectrometry,TOF-SIMS）、X 射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、微区 X 射线荧光光谱（μ-X-ray fluorescence,μXRF）及本课题组开发的微区电化学测试系统,尝试探索Ti-Al-V系耐蚀钛合金高效筛选方法。对Ti-Al-V系高通量组合材料芯片样品制备和热处理、组织和成分表征及微区电化学性能均进行了验证试验及分析并提出相应的改进措施。