Ti6Al4V(TC4)合金以其比强度高，耐腐蚀性能优良的特点在航空航天及海洋工程等领域有重要应用，但是其固有的摩擦学性能差的缺点限制了其应用范围。离子渗氮被广泛采用来强化TC4表面，提高其抗磨损性能，有渗氮速度快、热变形小、表面渗层和基体结合好、氮钛化合物硬度高等优点。目前针对TC4合金离子渗氮的研究主要集中在600℃到900℃的高温区间，而高温渗氮会导致TC4基体内晶粒长大，降低其强度和疲劳性能;而600℃以下低温离子渗氮的研究表明，在此温度区间N元素渗入TC4合金的速率非常缓慢，材料表面性能提高十分有限。　　针对上述问题，本论文提出形变促渗TC4低温离子渗氮的观点，并据此设计了具体的形变复合低温渗氮工艺。工艺过程为固溶处理—冷轧变形—低温离子渗氮。此工艺的目的有两点:第一，利用形变促渗强化TC4合金低温渗氮的效率，使600℃以下低温渗氮的效果能达到高温渗氮的水平;第二，将渗氮温度设计在TC4的时效强化温度区间内，预先对TC4合金进行了固溶处理，则渗氮时基体在时效温度下，产生时效强化。因此，复合工艺在渗氮的同时还可以增强基体，起到双重强化的作用。　　本文通过实验为固溶处理选择合适的加热温度，根据塑性性能选择820℃为固溶处理的工艺温度。编制多因素工艺实验，将压缩变形率、渗氮温度和渗氮时间设为变动因素，各因素设定不同的水平，进行渗氮实验，以探索各因素对渗氮后TC4性能的影响。渗氮温度的设定为400℃、500℃及540℃。固溶处理后的试样，按实验方案在轧机上进行轧制，之后进行渗氮处理。渗氮工艺之外，在500℃及540℃进行单纯时效处理的对比实验，对比实验的温度、变形率和保温时间的设定和对应的渗氮实验相同。使用热力学软件计算渗氮过程中的Gibbs自由能，Ti-N相图和Ti-Al-N三元相图，并根据相图分析渗氮的平衡组织。使用金相、X射线衍射、显微硬度、摩擦磨损试验、扫描电镜和能谱分析、纳米压痕等检测手段，对各工艺下试样的渗层、基体组织和抗磨损性能进行分析。　　TC4经过复合渗氮，渗层分为2层:钛氮化合物层和扩散层。在本论文实验设计的多种条件下，钛氮化合物层厚度稳定，厚度始终在1μm左右。扩散层厚度随工艺参数不同变化较大。　　分析表明变形对TC4渗氮过程中渗层的形成及其性能有显著的影响。变形显著影响渗层扩散层的厚度。在540℃/16h工艺条件下，10％变形率试样的扩散层深度为40μm，而50％变形率试样的扩散层深度为60μm，增加50％。　　形变复合低温渗氮工艺取得的硬度增加值ΔH2远大于单纯渗氮工艺取得的硬度增加值ΔH1，在渗氮温度为500℃时，ΔH2/ΔH1可达231％。因为变形的促渗作用，低温下复合渗氮工艺可得到和高温渗氮下相当的试样性能。在复合渗氮工艺540℃/16h/40％(540℃渗氮16h，变形率40％)下得到最高表面硬度值HV661，与700℃/10h的离子渗氮工艺取得的硬度值HV630相当。　　变形对试样的抗磨损能力有显著的影响。经540℃/8h工艺后，50％变形率试样，比0变形试样磨损率下降60％;形变复合渗氮显著改善了TC4合金的抗磨损能力，在540℃渗氮时，试样磨损率比未渗氮试样最大下降了84％。　　形变复合渗氮后，渗氮试样内部发生了时效，组织表现为时效组织，心部硬度升高。和0变形试样相比，变形试样基体保留其变形形成的方向性形貌，组织细化，组织内的时效析出相更为细小，最终的硬度较高。渗氮和单纯时效都提高了基体的硬度，渗氮基体的时效效果和单纯时效对基体的影响相当。　　工艺540℃/22h/50％为多因素实验中的最佳工艺。在此工艺下，TC4取得较好的综合性能，其中表面硬度为HV602，基体硬度为HV398，磨损率比50％冷变形试样下降84％，在所有工艺中最低。　　综上所述，对TC4的离子渗氮，变形促渗的作用显著。而本文设计的形变复合低温渗氮工艺可以同时强化表面和内部组织。本文的研究有助于扩大TC4的应用范围，具有很好的工程应用前景。