近70年来，钛合金的渗氧和渗碳是实现钛合金表面强化的有效手段，也得到了广泛的研究。然而在可控的氧分压下，对钛合金碳氧共渗的表面强化机制还缺乏系统的认知。本研究采用CO、CO₂及其混合气氛，在677-1027 ℃温度区间，对TC4钛合金进行表面化学热处理。着重研究了氧分压（碳活度）对TC4表面硬度及组织演变规律的影响。结果表明，氧分压随着温度的升高而增加，最表层形成的亚氧化物增多；在纯CO和纯CO₂气氛中，δ-TiC(O)和R-TiO₂化合物层也随着温度增加而分别增厚。纯CO气氛中，Al会大量富集在δ-TiC(O)层下方的α-Ti(C,O)区域从而析出Ti₃Al增强相；V富集形成的β-Ti(C,O)层有效阻隔了Al向芯部的扩散，从而在内部形成了Al含量较低的扩散层。EPMA测得δ-TiC(O)中含有相当比例的氧，其C:O=3:1(wt.%)。纯CO₂气氛中，形成了较薄的α-Al₂O₃+R-TiO₂混合外层，及富C的R-TiO₂内层。CO₂气氛中混入CO降低了氧分压（增加碳活度），在CO:CO₂=1:1(vol.%)时，表面形成了三明治结构的氧化物层（R-TiO₂/Al₂O₃/R-TiO₂）。此时，一部分Al与O反应在氧化物层中生产Al₂O₃，另一部分富集在氧化物/α-Ti(C,O)界面，析出Ti₃Al相，TEM结果表明Ti₃Al中V和O的含量比基体α-Ti(C,O)高。当CO₂中添加的CO超过10 vol.%时，表层硬度明显降低，而渗层的厚度则随着CO量增加缓慢降低；同时，XRD结果表明，由于δ-TiC(O)中O含量降低，其晶格参数也随着氧分压的降低而增加。

化学热处理,表面强化,钛合金,碳氧共渗