空间技术的发展既大大扩宽了人们认识自然的范围,也带来了不少特殊的摩擦学问题,如暴露于超高真空、辐照、原子氧、宇宙尘、极端高低温和微重力环境条件下的空间机械的润滑难题。在宇宙空间苛刻的环境因素作用下,油脂润滑剂易发生蒸发、分解或交联,难以胜任空间机构的润滑,所以固体润滑薄膜成为研究重点和热点。近年来,MoS₂和类金刚石（DLC）固体润滑薄膜在真空环境下具有超低摩擦系数,一度展示出极大的应用前景。但是,因其硬度略低,服役在真空、昼夜温差、原子氧侵蚀和辐照效应共同作用的环境中,难以完全满足零部件表面减摩和耐磨性保护要求,为此寻求其他的固体润滑替代涂层迫在眉睫。过渡族金属TiN薄膜具有高硬度,高耐磨,良好的抗腐蚀性能,较高的高温稳定性等优点,已被广泛用作工模具的保护涂层,材料的装饰涂层,微电子领域的扩散阻挡层以及生物领域等。人们对Ti N薄膜的摩擦学行为研究主要集中于大气环境,该材料在真空环境下的摩擦学行为鲜有系统的研究和报道。本论文采用多弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜。对比研究了薄膜在大气和真空环境下的摩擦学行为,探讨了环境介质（氧气、氮气）及不同配副材料下,TiN薄膜的摩擦学特性及磨损机理,研究结果表明:（1）采用多弧离子镀制备的TiN薄膜性能优异。膜层表面致密无明显缺陷。通过横截面电镜图可以清晰地观察到膜层的柱状晶显微结构。硬度可达28GPa,与基体结合强度为56N。（2）TiN薄膜在大气和真空环境下摩擦学行为迥异。在大气环境下,由于摩擦界面存在大量活性介质,导致滑动界面产生大量磨屑,往复滑动过程中磨损颗粒夹杂在摩擦界面,最终导致摩擦系数不断上升（0.6-0.8）。而在真空条件下,摩擦界面几乎没有出现粘附现象,且TiN薄膜在真空环境下摩擦系数相对较低,约为大气环境中的一半（0.3）,摩擦系数稳定,呈现小范围内的波动。（3）TiN薄膜在不同氧气分压环境中薄膜的摩擦系数随着氧气分压增加而不断上升。分析其原因是在氧气氛下,机械载荷和摩擦热可促进易剪切的钢球产生大量磨屑,粘附在摩擦界面;另外,氧气还可诱导摩擦产物发生氧化反应,使得磨屑颗粒在高温高压条件下主要以Fe₃O₄组分存在,这些硬质颗粒不断刮擦摩擦副表面,最终导致摩擦系数逐渐增大。（4）不同氮气分压环境中薄膜的摩擦系数随着氮气分压增加也不断上升。在氮气-真空的交变气氛中,TiN薄膜的摩擦系数呈现出周期性变化规律,即在氮气气氛摩擦阶段,摩擦系数相对较低（0.45±0.1）;而在真空摩擦阶段,摩擦系数相对较高（0.65±0.1）。机理分析结果表明,在往复摩擦过程中,氮气分子可吸附在滑动界面,在机械载荷作用下薄膜表面发生物理化学变化,摩擦界面氧化物间离子势差异以及氮原子间的静电斥力可导致摩擦系数的周期性变化。（5）摩擦副对偶材料的选择对TiN薄膜在不同环境中的摩擦学特性也会产生显著影响。TiN薄膜在真空环境下与SiC摩擦配副具有较低的摩擦系数（0.2）,且薄膜磨损率低至8.8×10^-7mm³/mN,这主要归因于滑动界面形成润滑相的碳质转移膜;TiN薄膜在氮气气氛下与WC摩擦配副的摩擦系数为0.3,薄膜磨损率为4.5×10^-7mm³/mN,这可能是由于氮气分子抑制了摩擦配副的直接接触,另外,较大的赫兹接触促进了机械抛光作用,从而表现出低摩擦。