钛合金差的摩擦学性能限制了其在涉及到摩擦、磨损工况下的应用,控制摩擦氧化物层的形成是改善钛合金摩擦磨损性能的一种新的途径。然而,目前对摩擦层的演变过程、作用及磨损机理等的研究尚不够深入。本文通过在滑动界面上添加不同类型纳米材料,人为制造出了一种双层减摩抗磨摩擦层。研究了 TC11合金在不同载荷、纳米材料添加量、滑动转数条件下的摩擦磨损行为,测试和分析了摩擦层的形态、结构及成分,探讨了磨损转变与磨损机理,探索了人造摩擦层的形成、破坏机理及二者之间的关系,阐述了人造摩擦层的作用机理和稳定性,并通过双滑动磨损实验对人造摩擦层的可持续性作用进行了验证。此项研究为钛合金的摩擦学设计和性能的改善、工程应用以及磨损理论的研究提供了基础数据和科学依据,具有重要的理论意义和工程应用价值。结果表明:TC11合金的摩擦磨损行为与添加剂类型及滑动、添加条件密切相关。无论何种载荷、添加量或转数,MLG均不能改善TC11合金的摩擦磨损性能。Fe₂O₃纳米颗粒可促使低载下的耐磨性得以提高,但减摩性并未同时得到改善。然而,Fe₂O₃和MLG的机械混合或复合材料添加剂可以同时提高TC11合金的耐磨性与减摩性。对于单独的MLG或Fe₂O₃纳米添加剂,除添加Fe₂O₃、低载条件外,均发生严重磨损,主要磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。而Fe₂O₃和MLG的机械混合物和复合材料添加剂加速了严重-轻微磨损转变,促使发生转变的临界载荷和临界转数增大,且临界添加量减小。随添加剂中MLG含量增加,TC11合金总体上经历了严重-轻微-严重磨损双重转变。MLG和Fe₂O₃分别依靠吸附压实和摩擦烧结形成单层人造摩擦层,MLG低的剪切力与Fe₂O₃高的硬度使得含MLG和含Fe₂O₃的单层人造摩擦层分别具有良好的润滑作用和承载能力,但单层摩擦层由于各自承载或润滑能力的欠缺导致了差的稳定性和可持续性。机械混合或复合材料中的Fe₂O₃和MLG依次经历烧结和吸附形成双层人造摩擦层,且添加机械混合材料时的双层摩擦层分层更明显。双层摩擦层综合了 MLG和Fe₂O₃各自的优势性能,表现出润滑和承载的协同保护作用,稳定性和可持续性均显著提高。研究发现,添加富Fe₂O₃复合材料时的双层人造摩擦层因Fe₂O₃含量高且分散而承载能力强,具有更好的稳定性;添加富MLG机械混合材料时的双层人造摩擦层由于MLG含量高且层数多而润滑性能优异,故可持续性更佳。双滑动磨损实验验证了添加机械混合材料时的双层人造摩擦层具有更强的可持续性。初步弄清了人造摩擦层的形成和破坏机理,基于构建的人造摩擦层形成与破坏间的关系,摩擦层演变经历生长期、稳定期和衰退期三个阶段,分别对应于VF/VD>1、VF/VD≈1和VF/VD<1。在不消耗基体材料且常规条件下,设计并制备出一种高稳定性、高可持续性的双层人造摩擦层,可以同时改善钛合金的摩擦磨损性能,所对应的最佳纳米添加剂类型及比例分别为MLG/Fe₂O₃（1:4）和MLG+Fe₂O₃（2:1 ）。