钛合金具有优异的比强度、良好的塑韧性、耐腐蚀性、可加工性和优良的生物相容性,符合工业领域对材料的需求,被广泛地应用于各个领域。其中TC4钛合金的应用最为广泛,它的应用量占所有钛合金应用的50%以上。氧与钛的较大化学亲和力使钛合金在高温环境暴露时常伴有氧扩散层的形成,严重影响了钛合金的应用。目前关于氧扩散层对钛合金强塑性影响的研究仍然较少,缺少系统有效的研究,并且没有针对氧扩散层磨损性能的探索。本文通过不同的表层渗氧工艺参数对TC4钛合金进行渗氧,使用金相观察和显微硬度测量等技术手段,表征了氧扩散层的梯度组织结构与显微硬度。从中选取适合的工艺参数制备不同浓度的氧扩散层试样,通过拉伸实验和干滑动磨损实验研究了氧扩散层对TC4钛合金强塑性和磨损性能的影响。利用辉光放电发射光谱、SEM和TEM等手段,分析氧扩散层对强塑性与磨损性能的影响机制,讨论氧扩散、梯度组织形成以及氧扩散层脆化机理。主要研究结果如下:（1）表层渗氧后,TC4钛合金表层形成了α相含量逐渐下降,β相含量逐渐增加的具有梯度组织结构的氧扩散层。扩散层厚度随扩散温度、时间的增加而增加,显微硬度值随氧浓度的增大而增加,且显微硬度值提升由氧扩散带来的氧固溶强化、α2相析出的弥散强化以及βtrans的细化共同作用所致。（2）TC4钛合金塑性随氧扩散层浓度的升高而单调下降。渗氧后拉伸裂纹在氧扩散层萌生,并随拉伸变形量增大而扩展到基体中,基体因处于三轴应力条件下不能发挥其自身塑性使得塑性降低。（3）当氧浓度较低时,氧扩散层裂纹敏感性不高,保留一定塑性,且强化后的氧扩散层对合金强度也提供了一定的贡献,促使强度提升;高氧浓度时,氧扩散层完全脆化导致拉伸裂纹在较小变形量萌生并扩展,减小了试件的承载面,导致合金提前断裂,强塑性均下降。（4）氧浓度升高后,α-Ti中大量固溶的氧原子,抑制了位错的增殖,并使得滑移类型向平面型转变,导致了氧扩散层的脆化。（5）氧扩散强化了TC4钛合金表层,提高抗塑性变形能力,从而抑制了磨损过程中分层磨损的产生,达到减磨的效果。随着氧扩散硬化层强度的提高,抗塑性变形能力越强,因此在浓度越高的氧扩散层试样减磨效果越显著。