本文使用半导体激光器对钛合金进行激光表面改性,在不同钛合金基体材料上制备得到了具有高承载性能的氮化层和TiC+Ti熔覆层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对制备得到的硬化层微观组织进行了研究,分析了硬化层的开裂机理,使用电化学工作站测试了激光表面改性后样品在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,使用显微硬度计测量了样品的硬度分布,使用摩擦磨损试验机对所制备试样进行滚压承载实验,使用三维形貌仪对试样的压痕深度进行测量以表征其承载性能,且通过观察滚压实验后试样的形貌分析了其磨损机理,最后使用COMSOL对激光气体氮化TC4合金过程中的温度场分布进行了模拟,并预测了激光氮化工艺参数一定时氮化层的厚度大小。实验结果表明,TC4和TC11合金表面所制备硬化层均可有效提高基材的硬度、腐蚀性能与承载性能。TC4合金和TC11合金表面氮化层硬度值分别为1392HV和923HV,TC4合金表面TiC+Ti熔覆层显微硬度平均值随熔覆粉末中TiC含量的增加而提高,颗粒相的硬度在1000~1500 HV波动;激光功率600W的氮化样品与TiC含量低于60%的熔覆样品均比原始样品腐蚀电流小,而其余工艺参数的样品由于硬化层气孔、裂纹等缺陷的存在,耐蚀性能较差,且在钛合金表面硬化层中TiC含量60%的样品腐蚀电流(I=1.145×10-7A)最小,耐蚀性能最优;单珠接触应力为8.5GPa条件下,滚珠在所制备硬化层表面滚压120次后,TC4合金、TC11合金表面氮化层和TC4合金表面熔覆层最浅压痕深度平均值分别为9.6um、13.1um和20.45um,与相同载荷下原始样品压痕深度56.4um相比,承载性能显著提高,其中钛合金表面激光制备硬化层压痕深度最浅,承载性能最优的工艺为:激光气体氮化TC4合金,激光功率700W,扫描速度300mm/min,搭接率40%。另外,激光功率1000W,扫描速度300mm/min工艺条件下激光氮化TC4合金熔池温度场的模拟结果所预测出的氮化层厚度与实验所测结果相符,热应力大多集中于靠近熔池两侧边缘,且使钛合金板发生塑形形变,最大形变量为24um左右。