钛合金作为一种具有密度小、比强度高、生物相容性好等优异性能的合金,被广泛应用于各个领域。但是其存在耐磨性差、硬度低、高温性能差等缺点,使得钛合金零件在恶劣的工作环境中极易出现表面擦伤和腐蚀,尤其在作为薄壁零件的加工材料时,极易出现断裂和表面裂纹。近年来,为强化和改性钛合金,国内外研究学者利用各种技术对钛及钛合金进行表面处理。其中激光合金化技术具有能量密度高、热影响区小、厚度可控、合金化层致密,特别是合金化层与基材实现冶金结合、可以选择性的处理工件特定表面等特点,被认为是目前最具发展前景的技术之一。通过设计合理的合金化材料体系和对工艺参数的优化,在钛合金表面可以制备出质量良好、性能优异的合金化层。本文利用镍包石墨（G@Ni）材料的对TC4合金基体进行激光合金化处理。在合金化过程中,熔池中会发生一系列复杂的化学反应,Ti与C反应生成陶瓷强化相,Ni、Ti、Al可形成多种金属间化合物。由于合金化层中强化相与基体相具有较好的相容性,钛合金基体的硬度、耐磨性和抗高温性能被显著提高。本文主要讨论了激光功率、扫描速度等工艺参数对合金化层的宏观形貌、微观组织、显微硬度与耐磨性的影响,以及稀土氧化物n-Nd2O3和n-La2O3对合金化层物相组成、微观组织和耐磨性的影响,并对合金化层在800℃下的高温氧化、涂盐热腐蚀和热疲劳行为进行了研究,分析了合金化层中物相的形成机理和强化机制。G@Ni合金化层主要由TiC,γ-Ni,Ni3Al,NiTi,NiTi2等物相组成。在适宜的工艺参数下,能保证合金化层表面质量良好且无气孔、裂纹等缺陷。在激光功率为1.4 kW、扫描速度为12～18 mm/s条件下进行激光合金化,扫描速度增加时,合金化层中的组织尺寸变小。在扫描速度为18 mm/s时,合金化层的硬度最高,为1357.7 HV0.2。在扫描速度为15 mm/s时,合金化层磨损量最小,相同条件下的耐磨性提高到基材的13.79倍。当扫描速度为15 mm/s,激光功率由1.2 kW增加到1.6 kW时,合金化层中微观组织尺寸和致密度增加。当激光功率为1.4 kW时,合金化层硬度最高,为1365.7 HV0.2,此时合金化层的耐磨性最好,是钛合金基材的13.79倍。稀土氧化物n-Nd2O3和n-La2O3对合金化层的物相组成的影响不大,适宜含量的稀土氧化物能够细化合金化层的组织,提高合金化层的各项性能,过量的稀土氧化物会造成合金化层稀释率增加,使组织粗化,导致显微硬度降低,耐磨性不能得到改善。本文中,添加1.5 wt.%n-Nd2O3时,合金化层磨损失重仅为0.0018 g,较相同条件下不含稀土氧化物的合金化层（0.0021 g）降低14.29%,耐磨性提高到TC4基材的14.56倍。n-La2O3的添加量为1.5 wt.%时,合金化层磨损失重仅为0.0017 g,较未添加稀土氧化物的合金化层（0.0022 g）降低22.73%,其耐磨性提高到TC4基体的15.41倍。对合金化层800℃下的高温性能进行研究。循环氧化100 h后,在整个氧化循环中,合金化层表面的氧化膜没有发生明显的剥落,氧化增重为14.571 mg/cm2,仅为基体（30.458 mg/cm2）的1/2,添加n-Nd2O3的合金化层其氧化增重为6.244 mg/cm2,是基体的1/5,添加n-La2O3的合金化层其氧化增重为3.317 mg/cm2,是基体的1/10,说明其抗高温氧化性能较好。在800℃涂盐热腐蚀条件下TC4基体短时间内发生了严重的腐蚀,形成的腐蚀产物厚且剥落严重。相比之下,G@Ni合金化层提高了基体的抗热腐蚀性,添加n-Nd2O3或n-La2O3的合金化层具有更好的抗热腐蚀性能,表明稀土具有提高涂层耐热腐蚀性能的作用。在800℃的冷热循环下,合金化层的热循环寿命（21次）要长于TC4基体（8次）,且添加n-Nd2O3或n-La2O3的合金化层在27、28次循环后开始萌生裂纹,说明合金化层的抗热疲劳性能明显高于基体,适量的稀土氧化物有助于进一步提高其热疲性能。