随着钛合金制备成本的降低，该材料不仅应用于传统的航空航天领域，而且在汽车、生物医疗、休闲娱乐等民用工业领域的应用也越来越广泛。随着各行业的高速发展，对于钛合金的综合力学性能的要求也越来越高。为了获得兼具较高强度、塑性和耐磨性的Ti-6Al-4V合金，本文采用高能球磨-放电等离子烧结技术制备具有双尺度显微组织的Ti-6Al-4V合金，着重开展了以下几个方面的研究。采用高能球磨法制备出纳米晶Ti-6Al-4V合金粉末。当球磨时间为6h时，由于球磨粉末内部的应变量不均匀，球磨粉末烧结试样的显微组织均由粗晶网篮组织和细晶等轴组织所组成。当球磨时间为10h，球磨粉末的晶粒尺寸细化至纳米级。研究烧结温度和加入未球磨粉末的比例对烧结试样显微组织及力学性能的影响。实验结果表明：随烧结温度升高，烧结试样的密度逐渐提高，细晶区的晶粒尺寸逐渐增大，材料强度呈先上升后下降的趋势。在6h球磨粉末中适当加入一定比例的未球磨粉末可显著提高烧结材料的塑性，并且保持较高的强度。当6h球磨粉末与未球磨粉末按质量比4:1混合，SPS烧结温度为850℃，保温时间为4min时，烧结材料相对密度达到99.0%，细晶区晶粒尺寸为1~2μm，烧结试样获得最佳强度-塑性组合，其拉伸屈服强度为1012MPa，抗拉强度为1056MPa，伸长率为10%。研究了球磨时间对烧结材料组织和力学性能的影响。实验结果表明，球磨6h时，烧结材料显微组织呈现细晶区与粗晶区“芯-壳”状混合分布的双尺度显微结构；球磨10h后，可获得由超细晶+微米晶构成的双尺度超细晶材料。随球磨时间的延长，烧结材料晶粒尺寸逐渐细化，抗拉强度有所提高，但塑性急剧下降。研究了不同工艺条件烧结材料的摩擦磨损性能及磨损机理。Ti-6Al-4V合金的摩擦系数随磨损时间的延长逐渐增大，摩擦系数曲线在稳定阶段呈锯齿状上下波动。随烧结温度的提高，球磨6h粉末烧结材料的摩擦系数先减小后增大，球磨6h粉末在850℃下烧结，具有最小的摩擦系数和磨损体积。烧结材料的磨损形貌均可观察到三个不同区域：粘着区、滑动区和块状突起区，其磨损机制以磨粒磨损和粘着磨损为主。研究了混入原始粗晶粉末后烧结材料的摩擦磨损性能。烧结材料的摩擦系数和磨损体积随混粉比例的提高而增加，磨损机制由以磨粒磨损为主粘着磨损为辅转变为粘着磨损为主磨粒磨损为辅。研究了烧结材料晶粒尺寸对摩擦磨损性能的影响。随着球磨时间的延长，烧结材料的晶粒逐渐细化，其摩擦系数、磨损体积也随之下降。球磨10h烧结试样的磨痕轮廓和磨痕深度与原始粉末烧结试样相比有一定减小，摩擦系数和磨损体积降低，耐磨性能提高。从磨损机制上看，原始粉末烧结材料的磨损机制主要是粘着磨损，球磨10h粉末烧结材料的磨损机制以磨粒磨损和粘着磨损为主。