随着航空发动机的高速运转,叶片的榫槽连接处、减振台搭接处以及尾喷管的调节片之间不可避免地存在微动磨损现象。相比于普通的滑动磨损,微动磨损最大的特点就是位移小,因此极具隐蔽性。微动磨损主要产生两方面的损伤,一是直接造成材料表面磨损,可能会导致零部件的损坏。二是,可能会诱发裂纹的萌生,裂纹一旦萌生,可能成为零部件整体疲劳的裂纹源,并且在无察觉时发生扩展,带来灾难性的后果。钛合金是航空发动机中的核心关键材料,因此,研究钛合金的微动磨损对于发动机安全可靠运行具有非常重要意义。本文系统研究了钛合金微动磨损行为,重点关注微动磨损的识别、预测和防护。首先,研究了 TC4合金/TC4合金微动磨损行为。不同载荷和施加位移下的实验表明:随着施加位移的增大或者随着载荷的减小,微动磨损会逐渐由部分滑移区过渡到滑移区。磨痕形貌因材料微动运行区域而异,具体表现为:在滑移区,磨痕的中心区域高于其余区域;在混合区,在往复运动的两端有大量的材料堆积;在部分滑移区,在中心区域观察到近乎原始的微动样品表面,仅在边缘区域发生磨损。定义磨痕直径比α（实际磨痕直径与赫兹接触直径比值）,来判定钛合金微动运行区域。其次,考察了磨屑在微动磨损中的作用。从磨屑的分布和大小上看,磨损区域中部的磨屑呈块状,而被排出到磨损区域之外的磨屑呈松散的颗粒状,其尺寸集中在0.2 μm到1.5 μm之间,并且尺寸在0.5 μm左右的磨屑最多。磨屑还能明显影响微动磨损的摩擦系数和系统形变量。当暂停试验清除磨屑再开始试验后,接触面之间的磨屑较少,摩擦系数、系统形变量比清除磨屑之前变小,其中在20 N载荷下的降幅最大,分别为63%以及41%。当在样品表面制备垂直方向表面织构捕捉磨屑时,接触面之间磨屑较多,摩擦系数、系统形变量比无织构时变大,其中在20 N载荷下的增幅最大,分别为21%以及47%。接下来,对摩擦副在微动磨损中的系统形变量进行了研究。当微动磨损处于不同的运行区域时,系统形变量与载荷、施加位移的关系不同:在滑移状态时,系统形变量与施加位移无关,只与荷载有关,并且随荷载的增加而增加;在部分滑移状态时,系统形变量与载荷无关,仅与施加位移有关,并且随着施加位移的增加而增加。定义了系统形变率γ（系统形变量与施加位移的比值）,并总结归纳出γ与微动运行区域之间的关联:当y＜0.7时,微动磨损处于滑移区;当0.7≤γ＜0.9时,微动磨损处于混合区;当0.9≤γ＜1时,微动磨损处于部分滑移区。然后,考察了表面织构的沟槽间距、沟槽方向对材料微动磨损行为的影响,同时关注沟槽对接触区域中磨屑分布的影响。相比于没有表面织构的情况,有垂直方向的表面织构会增大系统形变量,使微动磨损倾向于部分滑移区,有平行方向和45°方向的表面织构会减小系统形变量,使微动磨损倾向于滑移区。造成上述结果的原因是,垂直方向的沟槽阻碍磨屑从接触区域排出,而平行方向和45°方向的沟槽则促进磨屑从接触区域排出。因此,可以通过制备不同方向的表面织构来在一定程度上调控微动的运行区域。但表面织构也带来有些问题,对于具有垂直方向织构的样品,当沟槽的间距为80μm并且微动磨损处于部分滑移区时,凸台上出现了裂纹和剥落的现象;对于有平行方向沟槽的样品,上层的材料逐渐将下层的材料挤向沟槽的中部和底部,进而对沟槽进行填充。最后,对比研究了 TC4合金与Cu-Ni-In涂层、TiNi合金间的微动磨损行为,发现TiNi合金展现出优于Cu-Ni-In涂层的抗微动磨损性能。当微动磨损处于滑移区时,Cu-Ni-In涂层能够有效降低摩擦系数,起到减摩的效果;TiNi合金具有较小的摩擦系数,甚至小于Cu-Ni-In涂层,也能起到有效的减摩作用。TiNi合金相比于Cu-Ni-In涂层,不仅对与之对摩的TC4合金造成的磨损更小,而且自身的抗磨损能力也更强。此外,TC4合金/TiNi合金在较高的载荷下有更大的系统形变量,即可以依靠自身的变形能力吸收更多的位移,进而减小两接触面之间的相对滑动。在一些希望微动磨损处于部分滑移区的工况中,TiNi合金具有应用潜力。