TA15合金作为一种近α型中强度钛合金,具有优异的综合力学性能和工艺性能,广泛应用于航空航天、军工及民用领域。但TA15合金硬度低、摩擦系数大、存在严重的粘着磨损和微动磨损等缺陷,极大地影响了TA15合金作为结构件的安全性和可靠性,限制了其应用发展。针对上述问题,本文采用双层辉光等离子表面冶金技术,在TA15合金表面制备Cr-Si复合渗层,以期望有效地解决其耐磨性能差的问题。TA15合金基体表面成功渗Cr后,再进行等离子渗Si处理,研究工作温度、源极电压、工作气压及保温时间对Cr-Si复合渗层的组织成分、相结构以及表面硬度的影响,确定最佳工艺参数。再者,进行球-盘摩擦磨损性能实验,着重研究在不同载荷、速度、温度、摩擦副以及环境条件下Cr-Si复合渗层的摩擦行为,并分析磨损机理。结果表明:(1)最佳等离子渗Cr的工艺参数:温度950℃,时间3.5h,气压35Pa,极间距15mm,源极电压950V,阴极电压400V;最佳等离子渗Si的工艺参数:温度950℃,时间3.5h,气压35Pa,极间距15mm,源极电压1000V,阴极电压450V。(2)最佳工艺参数下制备的Cr-Si复合渗层厚度约为40μm,成分呈梯度变化,具有沉积层和扩散层的结构特征。(3)XRD衍射结果表明,渗层物相以Si、Cr相为主,其余还含有(Cr,Si)相和(Ti,Si)相等。(4)Cr-Si复合渗层的纳米硬度为10.371GPa,弹性模量为819.23GPa,较基体分别提高了近4倍和5倍。(5)球-盘摩擦磨损实验表明,在不同载荷、速度、温度以及摩擦副的条件下,Cr-Si复合渗层的磨损均较基体轻微,摩擦系数在0.2~0.3范围内变化,较基体有明显的降低,磨损体积、比磨损率较基体相比也有大幅度减少,其主要磨损机理有磨粒磨损、氧化磨损、剥层磨损,体现了优异的耐磨性能。在模拟海水环境条件下,腐蚀介质加重了Cr-Si复合渗层的磨损行为,磨损机理以氧化磨损、腐蚀磨损以及剥层磨损多种磨损机制交替进行。