钛合金因其高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天和生物医学等领域,但钛合金的塑性高、硬度低、耐磨性差、对微动磨损敏感等缺点限制了其在苛刻条件下的应用。表面织构技术和良好的润滑介质在提升对磨副摩擦磨损性能方面有较好的效果,为增强钛合金的摩擦学特性,本文进行了表面织构及固-液润滑材料改善钛合金表面摩擦性能的研究。首先,利用激光加工技术在TC4钛合金表面构造不同直径和排列密度的凹坑图案,探讨不同激光打标参数对织构表面形貌及深度的影响,并根据织构表面的表征结果对工艺参数进行优化,得到钛合金表面凹坑型织构的最优加工工艺。其次,对不同织构密度和凹坑直径的TC4钛合金表面进行线性往复式的干摩擦实验。结果表明,织构密度为8.7%和凹坑直径为200μm的织构形式具有最优的减摩抗磨效果,这是由于凹坑可容纳磨屑,减少第三体磨损;利用ANSYS Workbench对织构表面摩擦过程的有限元仿真表明,较大的织构密度导致接触面局部接触应力过大,磨损加剧,仿真结果与试验结果基本吻合。再次,选取典型表面织构的TC4钛合金分别进行10W40以及全氟聚醚PFPE两种润滑油条件下的摩擦性能研究。结果表明,在10W40油润滑条件下,凹坑直径200μm和织构密度19.6%的织构形式减摩效果最佳;当摩擦速度较大时织构表面减摩效果更明显,这是由于较高的摩擦速度更利于织构面发挥出微流体动压轴承的作用。在PFPE油润滑条件下,织构密度为8.7%和凹坑直径为200μm的织构形式下有着最优减摩抗磨效果,这是由于织构表面在摩擦过程中,一方面会改善润滑状态,另一方面接触应力的增加促使摩擦表面生成可作为固体润滑剂的金属氟化物FeF₂,有利于减摩抗磨。最后,利用全氟辛胺对氧化石墨烯进行共价化修饰和还原反应,制备一种新型改性石墨烯纳米材料FOA-rGO,并研究了分别添加GO、rGO和FOA-rGO三种纳米石墨烯材料的PFPE在钛合金表面的摩擦特性。结果表明,与GO和rGO相比,FOA-rGO在PFPE中有较好的分散性且无明显沉淀和团聚现象;相比于纯PFPE,含FOA-rGO的PFPE平均摩擦系数减少了52.7%,磨损率降低了约5个数量级。FOA-rGO/PFPE具有极好的润滑性能是由于在摩擦过程中,在PFPE中分散性较好的FOA-rGO会在接触表面生成较为持久和稳定的摩擦转移膜,该摩擦膜协同PFPE润滑油在摩擦区域生成固-液润滑膜,阻止了金属表面的直接接触。进一步研究了FOA-rGO/PFPE在不同织构表面上的润滑特性,结果表明,含改性石墨烯添加剂的PFPE润滑油与表面织构的协同润滑作用较差,这是由于石墨烯难以在织构表面形成稳定且均一的摩擦膜。