钛合金由于其比强度高、耐蚀性好等特点,已经广泛应用于航空航天等多个领域。但是钛合金本身硬度低、耐磨性差、摩擦系数高,制约了它作为航空航天等领域传动件的应用。为了提高钛合金表面硬度、提升表面摩擦磨损性能,满足航空航天领域传动件的应用要求,使用新型的液相等离子体强化方法,对TC4钛合金轴进行强化处理。本文研究了强化系统的物理场,研究了直流液相等离子体强化层的形成机制,研究了工艺参数对强化层性能的影响。本文完成的主要研究工作及成果如下:1.使用COMSOL平台对实验系统的物理场进行研究,通过电场研究辅助电极设计,通过温度场、流场研究验证强化可行性、稳定性。研究表明,合理的电极设计能够保证处理过程中的电场强度均匀;工件电极在处理过程中温度均匀,周围电解液流速较低,处理过程具有较好的稳定性。2.研究了直流液相等离子体强化层的形成机制。从热力学角度分析验证了强化层的生成可能性。通过实验证明,强化层形成过程中,电解液体系、电参数、初始表面层等因素需要满足一定的条件。温度研究显示260V电压下工件电极温度最高且变化幅度小。理论分析表明,液相强化有其独特的放电模型,强化元素在钛合金中的扩散机制为空位扩散和晶界扩散,强化层的生长过程大致可分为四个阶段。3.研究了处理电压和处理时间对TC4钛合金强化层的物相、表面形貌、元素、组织、硬度、抗磨损性能、耐腐蚀性能的影响。结果表明:电压与时间是影响表面强化层特性的重要参数。260V处理30min得到的强化相Ti(C,N)含量最多,表面层平整,放电孔直径小、无明显的裂纹,与基体结合良好。该参数时近表层硬度最大,可以达到788HV0.01,约两倍于基体。经过强化处理后与GCr15钢球对磨,表面层仅发生轻微磨损,抗磨损能力较基体有明显提升。强化处理可以使TC4的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,耐腐蚀性能升高。