转动微动是在交变载荷下接触副发生微幅转动的相对运动。转动微动现象在工业各领域普遍存在,其损伤大大缩短了零部件的使用寿命。表面工程技术,作为一种经济、方便和性能优异的减缓微动损伤的措施,可使基体材料得到很好地保护。但尚未见有关表面工程技术抗转动微动磨损的研究报道。因此,系统研究粘结MoS2固体润滑涂层、超音速火焰喷WC-17Co、WC-27CrNi涂层和激光淬火层的转动微动磨损性能和损伤机理,不仅在揭示表面涂层/改性层转动微动磨损机理具有重要的理论意义,而且在指导表面工程技术抗转动微动损伤的应用中也有重要的工程意义。本文在自主开发的高精度微动磨损试验机上,采用球/平面接触方式,在不同法向载荷、角位移幅值和循环周次下,对基材(LZ50车轴钢)和四种涂层/改性层(粘结MoS2固体润滑涂层、超音速火焰喷WC-17Co、WC-27CrNi涂层和激光淬火层)进行了转动微动试验。采用显微硬度仪、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电能谱(XPS)和表面形貌仪等微观分析手段,结合微动磨损动力学特性分析,系统研究了四种涂层/改性层的微动运行行为和损伤机理。获得的主要结论如下：1.MoS2涂层的转动微动磨损特性MoS2涂层具有易滑性的晶体结构,极易在切向力作用下发生微动运行区域的改变,使其滑移区向小角度位移幅值方向移动,部分滑移区运行范围大幅度缩小,即滑移区运行范围扩大。摩擦系数曲线的演变规律与所处的微动区域有关。摩擦耗散能随循环周次变化呈“上升-稳定”两个阶段。在部分滑移区,MoS2涂层接触区仍保留原始的颗粒状特征,仅呈现受压痕迹,几乎无损伤；在滑移区,转移膜和塑性流动层在接触副之间形成,塑性流动层在磨损过程中发生加工硬化和摩擦氧化是涂层失效的主因。磨损机制为磨粒磨损、摩擦氧化和剥层。在完全滑移状态下接触中心具有“隆起”现象,但不明显,主要是涂层太软且具有良好流变特性。2.超音速火焰喷涂层的转动微动磨损研究涂层由于高硬度、优异的抗粘着性能,在增加切向刚度的同时,在同样工况下降低了接触面积,促使涂层在更小角度位移幅值发生滑移,从而改变了基材的微动区域。摩擦系数曲线的演变规律与所处的微动区域有关。摩擦耗散能随循环周次变化呈“起始-上升-峰值-稳定-下降”五个阶段。微动运行于部分滑移区时,WC-17Co涂层磨损十分轻微。微动运行于滑移区时,由于涂层高硬度抑制了接触中心“隆起”现象的发生,损伤仍然轻微,且排屑能力好,而对磨副GCr15钢球损伤较严重。超音速火焰喷涂WC-27CrNi涂层的微动磨损特性与WC-17Co涂层相似,具有良好的抗微动磨损能力,但WC-27CrNi涂层的硬度较低,因此磨损相对严重。磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。3.激光淬火层的转动微动磨损研究与基材相比,激光淬火层的滑移区向小角度位移幅值方向移动。摩擦系数与耗散能的演变规律具有一定的对应关系。在部分滑移区,微滑发生在接触区边缘,淬火层损伤轻微,磨损机制是磨粒磨损和氧化磨损。在滑移区,随法向载荷的增加,其磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损向磨粒磨损、氧化磨损和剥层转变。滑移区中心未观察到“隆起”现象,这可能是基材经过激光淬火处理,硬度升高,塑性降低,在转动微动运动过程中不易产生塑性变形,而是直接发生剥落形成磨屑。4.四种涂层/改性层的转动微动运行行为和损伤机理对比四种涂层/改性层的动力学曲线均只有直线型和平行四边形型两种形状。MoS2涂层、超音速火焰喷涂层、激光淬火层通过降低切向刚度、降低摩擦系数、改变表面化学性能、增加表面硬度和引入残余压应力改变了基材的微动运行区域。在不同角位移幅值下,四种涂层/改性层的摩擦系数由低到高依次是MoS2涂层、激光淬火层、WC-17Co WC-27CrNi;随着法向载荷的增加,四种涂层/改性层的摩擦系数逐渐降低,降低的速率由低到高依次是MoS2涂层、WC-17Co、激光淬火层、WC-27CrNi。四种涂层/改性层的摩擦耗散能随角位移幅值的增加而增加。四种涂层/改性层的损伤均按剥层机制呈片状剥落,其中仅有粘结MoS2涂层存在“隆起”现象,其他三种涂层/改性层由于硬度较高,塑性变形不易发生,进而抑制滑移区磨痕中心的“隆起”现象。