钛合金Ti6Al4V因具有较高的比强度而作为辐射头广泛应用于超声化学中,长期在流体环境中服役使得其表面承受严重的空蚀作用,致使钛合金辐射头因表面破坏而过早失效。单一的表面强化技术对Ti6Al4V表面性能提高有限,难以满足严苛的工况要求。本文采用低温热场复合超声波冲击对Ti6Al4V进行表面强化,利用温度场的软化效应增强Ti6Al4V的塑性,促进强化效果。对强化后表面微观组织、硬度、残余应力等进行了表征,并采用超声振动方法研究了在去离子水中和压力条件下的抗空蚀性能。本文的主要研究工作如下:（1）结合Ti6Al4V的服役温度、去应力退火温度和超声波冲击温升等制定了温度复合超声波冲击强化方案,搭建了温度复合超声波冲击实验平台和超声振动空蚀测试平台,超声振动空蚀测试采用直接空蚀的方法,并结合超声化学实际工况选择合理的空蚀实验参数,设计了用于直接空蚀的试样及复合强化过程中所用的夹具。（2）研究了温度复合超声波冲击不同工艺参数对材料表面微观组织结构、显微硬度、残余应力和表面粗糙度的影响,并分析了温度和预压力对Ti6Al4V表面塑性变形层、显微硬度、残余应力和表面粗糙度的影响机制。结果显示表面塑性变形层随温度升高、预压力增加而逐步增大;XRD衍射分析表明适当温度场有利于促进表层晶粒细化;表面显微硬度随温度升高先增大后减小,最大值达到898HV;相比于温度复合强化,常温条件下超声波冲击引入的残余应力更大,为-855MPa;温度升高和预压力增加均导致表面粗糙度值变大。（3）研究温度复合超声波冲击强化后材料的抗空蚀性能,复合强化试样表面的抗空蚀性能提高了28%～53%,其中得到最佳抗空蚀性能的复合强化工艺参数是65N-150℃。分析了复合强化前后材料表面的空蚀机制,材料空蚀损伤机理由未强化的韧性破坏转变为强化后的疲劳破坏和脆性断裂,表层晶粒细化和较高残余压应力有效的阻碍了裂纹传播;研究压力条件下复合强化材料的表面空蚀性能变化,压力条件下空蚀强度显著增加,50min时塑性变形层被完全腐蚀后,材料表面损伤机制与未强化材料相同。