固体自润滑是高温、高载、高真空和强辐射等苛刻条件下实现良好摩擦状态最有效方法之一。摩擦层作为固体自润滑材料在滑动过程中的接触部位，直接决定着自润滑效果与摩擦学性能。但实际摩擦过程中，在摩擦层中同时存在多种复杂过程，如塑性变形、加工硬化、晶粒细化、氧化反应、材料转移、机械混合和相转变等，使得摩擦层长久以来较难得到系统研究与规律性认识。为此，论文以Ni3Al基自润滑材料(NMCs)为研究对象，对其摩擦层微纳米结构与摩擦学特性进行系统研究。重点研究摩擦层的形成特性和微观结构以及其减摩、耐磨机理，获得Ni3Al基自润滑材料摩擦层微纳米结构与摩擦学性能关系的系统认识。　　为研究Ni3Al基自润滑材料摩擦层的形成与演化机理，选取常用于合金的几种固体润滑剂，包括软金属Ag，层状润滑剂MoS2、Ti3SiC2、多层石墨烯和金属氧化物ZnO，探究多种类别润滑相的添加对摩擦层微观结构的影响。研究表明摩擦层形成对固体自润滑材料表面摩擦学性能起重要作用，显著提高了摩擦表面的润滑性能以及耐磨性能。　　基于摩擦层显著提高固体自润滑材料在干滑动过程中润滑性与耐磨性的现象，并针对Ni3Al基自润滑材料在滑动摩擦过程中摩擦学性能的转变，分析了摩擦磨损过程中摩擦层的微观结构变化，探讨了摩擦层在磨损磨损过程中的形成机理以及微结构变化。研究表明，低摩擦磨损的主要因素之一是形成了特定结构的摩擦层，包括较高硬度的晶粒细化层(7.4GPa)，和其支撑硬度较低的润滑层(0.6GPa)。　　为进一步揭示摩擦层的形成导致润滑性与耐磨性提高的机理，论文采用有限元分析探讨了摩擦层的形成对材料表面等效应力分布状况差异的影响，以及摩擦层内部等效应力状态的变化；并针对摩擦层内部晶粒细化现象，基于Kocks-Mecking-Estrin模型，分析了摩擦层内部晶粒细化对其力学性能的影响，建立摩擦层内部晶粒细化与力学性能的关系模型，通过实验与理论模型相结合的方式分析了摩擦层内部晶粒细化现象与摩擦层内部力学性能以及减摩、耐磨作用改善之间的关系。结果表明摩擦层内晶粒细化导致材料屈服强度明显提高，耐磨性得到改善；同时，晶粒细化导致表面微孔减少，润滑相分布更均匀，表面润滑层与晶粒细化层界面结合牢固，从而提高整体的润滑性能。此外，摩擦层的产生显著降低基体内部受到的等效应力，减少基体内应力集中， 防止内部微裂纹的产生，提高基体和摩擦层结构稳定性。　　最后，为了探讨摩擦层在干滑动过程中动态润滑性问题，论文针对影响固体自润滑材料润滑性能的重要工况参数，运用实验与数学模型相结合的方法并考虑摩擦热，分析了其对干滑动过程中摩擦层稳定性以及摩擦磨损性能的影响，探讨了摩擦层的局部裂纹扩展以及与润滑性能之间的联系。研究表明滑动接触过程中，固体自润滑材料接触表面弹性模量的升高以及有效接触面积的降低显著促进自润滑材料摩擦系数的降低。接触表面应力值达到临界应力条件时，摩擦层表面产生裂纹扩展，摩擦系数显著升高。