TC4钛合金综合性能优异,被广泛应用于航空发动机和汽轮机叶片的制造过程中,但TC4钛合金质软、耐磨性差的特性使得叶片与转子的联接结构处容易发生微动损伤。据统计,有近20%的航空发动机事故是由榫槽联结结构失效造成的,有约30%的汽轮机事故是由榫槽结构失效引起的。到目前为止,关于TC4钛合金微动磨损行为及损伤机制还缺乏全面而深入的了解,因此研究TC4钛合金在不同环境下的微动磨损行为及微动磨损机制具有重要的理论意义和工程应用价值。本文利用光学显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、微区X射线衍射仪、X射线能谱仪、拉曼光谱仪、电化学工作站等手段,对磨痕表面、剖面的形貌、元素、电化学变化等进行表征与检测,通过建立简化模型,系统研究了TC4钛合金在不同环境、不同工况条件下的微动磨损行为,探讨了微动磨损机理及组织损伤机制,取得了以下成果:(1)在空气环境下,随位移幅值的增大,TC4钛合金微动运行模式由部分滑移向混合滑移转变,最终转变成完全滑移;而随法向载荷的增加使微动运行模式由完全滑移向混合滑移、部分滑移转变。部分滑移模式下,摩擦系数小且稳定,表面可见明显的粘着区和微滑区结构,材料组织的微动损伤主要发生在以氧化磨损、粘着磨损以及疲劳磨损为主的微滑区;混合滑移模式下,粘着区消失,微滑区占据整个磨痕表面,主要以氧化磨损和疲劳磨损为主,并伴有严重的磨屑堆积;完全滑移模式下,摩擦系数波动剧烈,磨损体积急剧增加,磨屑的演变对微动过程的影响更为明显,磨损机制变为氧化磨损、磨粒磨损、疲劳磨损伴有轻微粘着磨损。(2)在纯水环境下,位移幅值与法向载荷的变化对TC4钛合金的微动运行模式的影响表现一致。水介质的润滑与冷却作用,抑制了粘着磨损的发生,摩擦系数显著下降;同时水介质的存在有助于磨粒磨损的发生,磨损体积显著增大,磨损轮廓较深;腐蚀和磨损的交互作用比率出现负值且占比非常轻微,说明纯水的导电性能差,几乎没有腐蚀作用,只有润滑的作用,TC4合金材料的流失量主要是由机械磨损和磨粒磨损造成。(3)在海水环境下,相同实验工况下,TC4钛合金仅存在混合滑移和完全滑移两种运行模式,并未出现部分滑移模式;在模拟海水中,溶液中的Cl-在摩擦过程中形成氯化物润滑膜使其具有比纯水更优异的润滑性能,摩擦系数进一步减小;在机械作用和Cl-渗透的共同影响下,材料流失加剧,与纯水相比磨损体积进一步增大,磨损与腐蚀间体现出复杂的“正”交互作用,磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。(4)在高温环境下,TC4钛合金的摩擦系数和磨损体积据出现不同程度的下降,并随温度的升高下降幅度增大。与常温环境相比,高温有助于氧化磨屑层的形成,有效的阻隔摩擦副的直接接触,降低磨损程度,磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损。(5)与TC4合金相比,LSP-TC4合金的摩擦系数、磨损体积都显著降低,磨损机制以粘着磨损和氧化磨损为主,未发现明显的材料剥层出现。激光冲击强化可以使钛合金表层发生高密度位错,形成强度和硬度较高的纳米晶层并引入大量残余压缩应力,能够有效抑制微动裂纹的萌生与扩展,提高钛合金抗微动磨损性能,是一种行之有效的工程化强化手段。