钛合金Ti13Nb13Zr是应用广泛的医用金属材料,但是耐磨性较差,激光冲击微造型技术能够改善钛合金表面摩擦性能。本文以Ti13Nb13Zr为研究对象,研究激光冲击微造型技术改善钛合金表面摩擦磨损性能机理。内容如下:(1)进行初始阶段摩擦系数阶段划分,研究激光冲击微造型对摩擦系数变化的影响。结果显示:在初始摩擦过程三个阶段中,影响摩擦系数的因素不同,第Ⅰ阶段为微凸体的磨合作用,第Ⅱ阶段为微凹坑收纳磨屑的作用,第Ⅲ阶段为微凹坑的磨损和“二次微凹坑作用”。这些因素不一定只在某一阶段内发挥作用,有的伴随着整个摩擦磨损过程,如第Ⅲ阶段中的“二次微凹坑作用”,从摩擦开始直到强化层被完全磨损为止。(2)研究激光冲击工艺参数对初始摩擦过程中各阶段摩擦系数的影响。结果显示:激光能量对第Ⅰ和Ⅱ阶段摩擦系数影响较大,激光能量不同引起微凹坑的体积发生变化,收纳磨屑的体积发生变化;凹坑间距对第Ⅲ阶段摩擦系数的影响较大,凹坑间距的不同,在相同的微造型区域内微凹坑的数量不同,造成“二次微凹坑作用”存在区别;凹坑位错对第Ⅱ阶段摩擦系数的影响较大,凹坑位错的不同导致磨屑进入微凹坑的途径不同,最终摩擦系数发生变化。(3)研究激光冲击工艺参数和摩擦磨损工况对稳定阶段摩擦系数的影响。结果显示:在实验参数范围内,能量的增加导致激光冲击影响层深度和硬度增加,摩擦系数随之减小;凹坑间距的增大,使得“二次微凹坑”数量减少,磨屑的增多引起磨粒磨损加剧,摩擦系数随之增大;位错的存在使得“二次微凹坑”同样存在位错,磨粒容易进入微凹坑,摩擦系数减小;载荷增大时,新形成的“微凸体”容易发生剪切破裂,摩擦副之间温度升高使得材料表面变软,界面处的剪切应力降低,导致摩擦系数减小;转速增大使得摩擦表面的循环应力的频率变大,引起摩擦表面产生裂纹,摩擦系数随之增大。(4)研究了激光冲击微造型与未造型试样在摩擦磨损过程中应力场和温度场分布情况。结果显示:微造型试样中的微凹坑使得材料表面的应力分布均匀,应力集中程度得到缓解;微造型试样中微凹坑的存在使得升高的温度小于未造型试样,温度上升区域比未造型试样小,温度分布情况得到改善。(5)研究了钛合金Ti13Nb13Zr微观组织和力学性能对抗磨性能的影响。结果如下:激光冲击后钛合金晶粒得到细化,位错密度增加,总晶界面积增多,有效地抑制了裂纹的萌生与扩展;激光冲击强化之后,钛合金表面纳米硬度得到提升,在激光冲击影响区域引入了残余应力,使得激光冲击微造型钛合金表面耐磨性能提高。