工业纯钛TA2由于具有低密度、高比强度、优良的生物相容性和较好的焊接性而广泛应用于航空航天、生物医学等高新技术领域,然而其硬度低、抗粘着磨损能力差和在还原性介质中耐蚀性较差等问题又限制了其应用。在TA2表面制备氮化钛薄膜可以有效提高TA2表层硬度、增强其耐磨耐蚀性能。本文采用激光相变硬化、离子渗氮和激光相变硬化-离子渗氮三种工艺方法对TA2进行表面改性,研究不同工艺方法和工艺参数对改性层组织和性能的影响,并探讨激光相变硬化对离子渗氮的催渗机理。　　 经过激光相变硬化处理后,TA2表层组织由原始a-Ti转变为细针状马氏体;在600℃、8h、H2:N2=3:1条件下离子渗氮处理后,TA2表层基本无白亮层且氮扩散层极薄;在相同离子渗氮条件下,激光相变硬化-离子渗氮处理后,改性层可分为白亮层、氮扩散层和激光相变硬化层三个区域,表层为白亮层,由TiN、Ti2N和a-Ti(N)等相构成,厚度为5～10μm;次表层为氮原子扩散层,该区域组织为N在Ti中的固溶体a-Ti(N),呈针状,约110μm;靠近基体部位为激光相变硬化层,组织发生了部分长大,由针状变为细小等轴晶,约250μm。　　 TA2经三种工艺处理后,硬度、耐磨性和耐蚀性都有了较大提高。激光相变硬化-离子渗氮处理试样最高硬度可达835HV0.025,随至表面距离的增大缓慢降低;磨损失重量仅为基体的29％,且磨损形式由粘着磨损转化为磨粒磨损;试样的耐蚀性也有了明显提高,自腐蚀速度降为基体的1/176,当试样在钝化区使用时,腐蚀速率为基体的1/10。　　 激光相变硬化显著细化了晶粒,增加了单位体积内晶界的数量;激光辐照后的激冷过程中,试样表层存在大量的表面沟槽和位错露头处,相变硬化层中形成了大量的空位、位错和孪晶等亚结构。这些缺陷不仅成为氮原子的快速扩散通道、降低了氮原子扩散所需的能量,也为氮化钛的形核提供了适宜的场所并降低了氮化钛形核所需的能量。因此,激光相变硬化对离子渗氮起到了明显的催渗作用,使得激光相变硬化-离子渗氮复合改性层比离子渗氮层厚度更大,硬度和耐磨耐蚀性均有不同程度的提高。