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钛合金表面微弧氧化涂层因表面存在大量微孔,使其在某些场合应用受到限制。本文探索了微弧氧化后Ti6Al4V合金表面再渗氮的复合工艺技术。用OM、SEM和XRD研究了改性层的厚度、形貌和相结构,通过显微硬度和摩擦磨损测试表征了改性层的力学性能。试验表明表面微孔逐渐被渗氮层填平封闭,变得更加平整。复合改性层表面主要由Al2TiO5、TiN、少量的锐钛矿(TiO2)和Al2O3相组成。相同时间下渗氮温度越高,或相同温度下渗氮保温时间越长,Al2TiO5相对含量减少,TiN含量增加,渗层增厚。复合改性层截面光亮致密,内部分为了两层,内层和外层相交界面起伏咬合、犬牙交错。微孔处局部SEM观察表明先微弧后渗氮改性层形成源于微弧氧化后表面形成微孔中存在很多与基体贯穿的微孔,以及与基体存在薄弱氧化层的微孔,渗氮过程中,微孔内温度较高,导致将微孔熔穿到基体,为N原子的渗入起了通道作用;随着保温时间延长或渗氮温度提高,Al2TiO5相不断分解成锐钛矿(TiO2)和Al2O3相,由于两相热膨胀系数不同,分解过程中会产生疏松和裂纹,也为N原子渗入提供了通道;微弧氧化涂层中本身存在α-Ti,在渗氮过程中与N原子结合形成渗层。Ti6Al4V合金渗氮层表面硬度最高HV1853,渗层硬度沿截面梯度下降。Ti6Al4V合金微弧氧化涂层表面再渗氮复合改性层截面硬度梯度下降。相同滑动摩擦条件下,Ti6Al4V合金直接微弧氧化涂层摩擦系数约为0.42,低于Ti6Al4V合金基体摩擦系数(0.45～0.5);Ti6Al4V合金直接渗氮层摩擦系数约为0.39。Ti6Al4V合金微弧氧化涂层表面再渗氮复合改性层摩擦系数从0.2逐渐上升,摩擦系数长期处于0.4以下,表现出非常好的减摩特性。归因于表面微孔被封闭填满,表面更加平整,改善了摩擦面接触状况;再渗氮改变了微弧氧化涂层内疏松结构,提高了改性层结合强度。