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钛合金粉末固结过程中存在温度高、压力大、时间长等问题，氢作为钛合金的临时合金化元素，有很好的吸附能力和扩散迁移能力，对相变和组织结构有着强烈的影响，可明显改善钛合金粉末固结工艺，提高制件的力学性能。粉末冶金钛合金的致密化与多孔体扩散连接的本质都是粉末颗粒在温度与压力作用下的扩散连接。目前，利用氢致扩散效应实现多孔体的扩散连接和固结的研究报道较少。
本论文针对置氢钛合金粉末压制性能差的问题，提出了“混粉(未置氢)→压形→置氢→扩散连接/烧结”制备合金的工艺。从氢在TC4合金粉末压坯中的扩散行为与机理入手，在深入系统研究TC4合金粉末压坯的吸氢与除氢规律、吸氢与除氢后的显微组织变化和吸氢与除氢过程的热动力学基础上，进一步研究了氢对TC4合金粉末压坯扩散连接和固结后组织性能的影响，阐明了氢对TC4合金粉末压坯固结与扩散连接过程的影响规律和增效机理。
利用管式氢处理炉采取固态渗氢法，系统研究了TC4合金粉末压坯的吸氢与除氢规律。结果表明，相对密度d＜0.83的TC4合金粉末压坯，吸氢量随置氢温度的升高而增加，d=0.83时，吸氢量随置氢温度的变化不大，d＞0.83时，吸氢规律遵循Sieverts定律，与致密体相一致；吸氢量随置氢时间的延长而升高，随相对密度的增大而降低；残余氢含量随除氢温度的升高和除氢时间的延长而降低。
采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了氢对TC4合金粉末压坯的组织结构的影响。结果表明，随氢含量的升高，TC4合金粉末压坯的α相逐渐减少，β相逐渐增多，并形成了面心立方(FCC)与面心四方结构(FCT)的氢化物；置氢温度达到某一临界温度时，一定量的氢可诱发TC4合金粉末压坯的马氏体转变，生成α”马氏体，并且随着氢含量升高，α”马氏体的量增加。
利用管式氢处理炉对TC4合金粉末压坯的吸氢与除氢的热动力学进行了研究。结果表明，由于生成的氢化物中存在不稳定的ε(TiH2)氢化物，使TC4合金粉末压坯中生成氢化物的标准焓变和标准熵变的值较致密钛合金大，氢化物稳定性能差；TC4合金粉末压坯吸氢与除氢的活化能均低于致密钛合金。热力学与动力学的研究均证明了TC4合金粉末压坯较致密钛合金容易吸、放氢。
利用热模拟试验机进行真空扩散连接试验，并采用OM、SEM分析了氢对TC4合金粉末压坯扩散连接质量的影响。结果表明，焊合率和抗弯强度均随着氢含量的升高而升高。通过比较各个工艺参数对扩散连接质量的影响后，确定氢含量为0.32wt％的TC4合金粉末压坯在800℃、7MPa的压力下保温20min后扩散连接效果较好。
利用管式烧结炉对置氢TC4合金粉末压坯进行烧结试验，并采用OM、XRD、SEM等分析了氢对烧结体的组织和性能的影响。结果表明，采用“混粉(未置氢)→压形→置氢→烧结”的工艺路线制备的TC4合金，若以组织和性能为最终评判指标，氢含量为0.46wt％的TC4合金粉末压坯的烧结温度与未置氢的相比，可降低100℃左右；其中氢含量为0.46wt％的TC4合金粉末压坯在1250℃流动氩气保护烧结3h后，烧结制品的致密效果较好，综合力学性能较高。在烧结工艺参数相同时，与传统工艺相比，经本文提出的工艺制备的合金密度较高，孔隙分布较均匀，组织相对较细小。