本文提出了利用氮电弧作为热源,在钛合金及钢基体上制备TiN层的设计思想,系统地研究了氮电弧熔化法制备的TiN层的组织结构特点和性能;电弧放电参数对TiN层组织与学性能的影响规律及TiN增强相的生长机制。研究结果表明,采用钨极氮电弧熔化法在钛及钛合金基体上制备的TiN层主要由TiN树枝晶组成,随着TiN层深度的增加,TiN相的含量逐渐减少,这是由于N扩散的含量逐渐减少。电弧放电参数对氮化层中TiN相的形貌和含量有明显的影响。随着电弧电流的增大、电弧行走速度的减慢和混合气体中N2比例的增多,所制备的TiN层中树枝晶的含量增多,这些都归因于电弧热输入的增加。研究发现,在相同的电弧放电参数条件下,钛合金氮化层中TiN的含量少。这是由于钛合金基体中的Al元素促进了α-Ti相的形成,使TiN层中α-Ti相增多,并抑制了TiN相的长大。同时,由于钛合金中V元素使β-Ti相稳定,并在快速冷却过程中生成马氏体α′-Ti,所以钛合金氮化层热影响区中针状马氏体较多。TiN硬质相的含量对TiN层硬度和耐磨性有明显的影响。增大电弧电流、降低电弧行走速度和提高混合气体中氮气比例,有利于提高TiN层的硬度及耐磨性能,但同时也增大了TiN层的裂纹倾向。氮电弧熔化是在非平衡热力学条件下进行,冷却速度可达102～103K/s,熔池的凝固是非平衡态的快速凝固。树枝晶的宏观长大方式为沿热传导方向的反方向长出枝晶主干,垂直于主干长出二次枝晶臂;而在微观上,在熔池中过冷度较小的位置,晶体的长大方为螺型位错侧面长大方式,而在过冷度较大的位置,其微观生长方式为连续生长和侧面生长两个阶段交替进行。本文还利用电火花反应沉积法,采用纯钛电极,以氮气作为反应气体,在碳钢及不锈钢异质基体表面制备TiN层。无数沉积点重熔交叠形成沉积层,沉积点边缘具有溅射形貌。研究表明沉积层中含有TiN硬质相,沉积层与基体之间存在过渡区,在过渡区沉积材料与基体之间发生了元素过渡,说明沉积层与基体之间为冶金结合。电火花反应沉积TiN层的硬度明显高于基体,所制备的TiN层具有比基体优异的抗干滑动摩擦磨损的性能。