本课题采用强流脉冲电子束(High current pulsed beam irradiation,HCPEB)辐照技术对TC4合金进行表面Nb/Cu的合金化研究,使用X射线衍射(XRD)、光镜(OM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段表征不同辐照参数合金化Nb/Cu样品的微观组织和结构状态。同时测试合金化样品的显微硬度、摩擦磨损及电化学腐蚀性能,通过建立微观结构状态与性能之间的内在联系,分析和总结TC4合金表面合金化机制。基于改善TC4合金的表面性能,利用HCPEB技术对TC4钛合金表面进行Nb合金化的研究。HCPEB辐照后的样品表面形成喷发状熔坑,并随着辐照参数的增加,熔坑的密度和尺寸减小甚至消失。合金化元素Nb的熔入在样品表面形成一层均匀且致密的合金层,其中40次辐照处理后合金层厚度约为3.6 μm。采用不用的手段对合金层进行详细的表征,合金层的组织主要由α’-Ti马氏体和β-Ti等轴晶组成,此外,合金层中还存在NbTi4颗粒。利用机械合金化(Mechanical alloying,MA)和HCPEB辐照技术在TC4合金表面实现Cu的合金化,30次辐照后的合金层连续而致密,厚度为4.5 μm。通过对微观形貌分析,合金层主要由α’-Ti马氏体、尺寸为2～5 μm的β-Ti和CuTi2组成。HCPEB辐照处理后材料表面晶粒发生细化,可以观察到纳米晶的存在。此外,内部还存在孪晶和高密度位错等晶体缺陷。表面显微硬度测试结果显示,HCPEB辐照Nb/Cu合金化处理后样品的显微硬度值均较TC4原始样品有所提高,这主要归功于合金层中丰富的微观组态起到的位错强化、细晶强化、弥散强化及固溶强化的共同作用。同时对比不同辐照参数下样品表面硬度值,呈现随着辐照次数的增加而增高的趋势。摩擦磨损试验结果显示,与原始样品相比,HCPEB辐照Nb/Cu合金化处理后样品的的摩擦系数和磨损率都明显减小,说明辐照合金化处理后表面摩擦磨损性能有所改善,这与样品表面粗糙度的降低、表面硬度的提高以及合金层厚度的增加有密不可分的联系。电化学腐蚀试验显示辐照Nb/Cu合金化后样品的腐蚀蚀性能存在差异,合金层的晶粒得到细化,大量的晶界及缺陷为氧原子扩散提供更多的通道,进而促进合金表面形成更加致密的氧化膜;其次,熔坑的形成、表面的均匀性以及相变产物对样品表面氧化膜的致密性产生重要的影响。此外,氧化物(如Nb2O5等)的形成也是促进表面钝化膜的生长,提高材料耐腐蚀性能的重要因素。