随着世界石油资源的日渐耗尽,潜在能源可燃冰的开采正受到各国政府的重视。可燃冰是一种重要而清洁的能源,但是由于可燃冰存在于具有复杂的环境工况中,例如深海沉积物或者永久冻土中,从而可燃冰的形成需要低温高压这种极为苛刻的条件,这导致井下工具需要在极地低温冰砂层进行勘探钻探工作。钻探中产生的碎冰屑颗粒以及冰砂混合物会对井下工具造成摩擦磨损,从而导致整个系统的失效,因此研究材料在冰砂层的摩擦磨损机理对提高井下工具的稳定性和寿命具有重要意义。本文中对15MnV、GCr15、G20CrNiMo、Q235四种钢质基础材料在低温冰屑介质条件下摩擦磨损进行实验研究,结果表明:15MnV、GCr15、G20CrNiMo三种材料的摩擦系数基本比较稳定,变化不大。Q235材料的摩擦系数随载荷的增大呈上升趋势。GCr15、G20CrNiMo材料表面有大量的犁沟与轻微的腐蚀坑,Q235、15MnV在低载荷时存在大量的犁沟,当载荷变大时出现严重的粘着剥落,主要磨损形式为磨粒磨损和粘着磨损。冰砂混合介质条件下,对15M、GCr15、G20CrNiMo、Q235进行摩擦磨损性能研究,研究表明:随着冰砂混合介质中砂砾浓度的增大,15MnV、GCr15、G20CrNiMo、Q235的摩擦系数先增大后下降,均在砂砾浓度为20%时达到最大。四种材料的磨损形式主要是粘着磨损以及疲劳磨损。对15MnV材料采用激光打标技术在其表面制备圆形凹坑、方形凹坑、平行凹槽三种形貌微结构,在冰屑介质下进行摩擦磨损实验研究。结果表明:三种微结构表面均能有效降低材料表面的摩擦系数。15MnV材料表面有大量磨屑,并存在粘着剥落,磨损形式表现为磨粒磨损与粘着磨损。