为了解决钛合金在高温条件下容易发生摩擦磨损及表面氧化的问题,提高其表面的使用性能,拓宽钛合金的应用领域,本文利用等离子喷焊技术,选用纯Ti、纯Cr和纯Ni的混合粉末,在TC4钛合金表面制备原位陶瓷颗粒增强钛基复合材料强化层。对复合材料强化层的相组成及微观组织进行分析,对强化层进行摩擦磨损试验及高温氧化试验,综合评价复合材料强化层。通过等离子喷焊工艺参数的正交优化试验,得到的最优工艺参数为:焊接电流63A,焊接速度0.9mm/s,送粉量7.5g/min,离子气为3.5L/min,保护气为6.5L/min,送粉气为4.5L/min,焊枪距离工件表面的高度为10mm。以最优工艺参数完成原位陶瓷颗粒增强钛基复合材料强化层的制备。研究结果表明,复合材料强化层主要由Ti N、Ti₂N、Cr N、Ti、Ti Ni等相组成。原位生成的Ti N增强相颗粒弥散分布于Ti基体中,两者之间的界面光滑、干净,达到近似完美的晶格匹配,有利于材料整体性能的提高。由熔合线到强化层的上部,显微硬度逐渐增大,强化层上部显微硬度的最大值为967 HV_0.5,约为母材硬度的3倍。室温摩擦试验结果表明,随着载荷的增大,强化层的磨损失重增加,摩擦系数总体增大;当转速增大时,磨损失重与摩擦系数同样增大。强化层在室温摩擦磨损试验下的磨损机理为轻微的黏着磨损和磨粒磨损。在高温摩擦磨损试验中,随着载荷的增大和转速的增加,磨损失重与摩擦系数的变化规律与室温摩擦磨损相似,磨损机理为氧化磨损、黏着磨损和轻微的磨粒磨损。强化层在室温和高温摩擦磨损试验中的耐磨性均明显高于母材。恒温氧化试验过程中,母材高温氧化动力学曲线为直线型,表面氧化失效严重,强化层恒温氧化动力学曲线基本符合抛物线规律,氧化初期增重较大,浅蓝色致密氧化膜形成之后氧化增重降低。循环氧化时随着频繁的冷热变化,母材氧化增重曲线波动较大,强化层氧化增重逐渐降低。强化层的氧化膜由表层的Ti O₂与下面的Cr₂O₃、Ni O组成,其中Cr₂O₃氧化膜与Ni O氧化膜起到主要抗高温氧化作用。