自润滑材料一般由润滑剂和承载相组成，当滑动摩擦时存在润滑剂失效、溅落等问题，在空间环境或高精密仪器仪表环境下适用范围有限，金属材料作为承载体，需要加入大量的固体润滑剂，往往使得力学性能与自润滑性不能同时兼顾，因此设计制备一种既有一定机械强度，又有自润滑性能的材料具有重要的工程意义和材料科学价值。赵敏博士等人发现了TiB₂/Al复合材料具有高强度和自润滑特性，但是对其自润滑机理研究还很不深入。本论文以GCr15轴承钢为对磨件对TiB₂/Al复合材料的自润滑行为及机理进行进一步的的研究。对增强体TiB₂颗粒进行预氧化处理，用压力浸渗法制备TiB₂/Al复合材料，采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）对微观组织进行了观察，采用CJS111A型和WTM-2E型销盘式摩擦磨损试验机对材料摩擦学性能进行了测试，并对摩擦学机理进行探讨。摩擦学研究具有系统依赖性和时间依赖性。在系统依赖性方面，TiB₂/Al-GCr15摩擦副的内部因素如复合材料界面结合、增强体体积分数和外部因素如载荷、滑动速度、GCr15的表面粗糙度、真空及氩气气氛试验等诸多条件，并且进行了系统分析和对比研究。在时间依赖性方面，综合各种条件下的磨合曲线，总结并推导出了TiB₂/Al复合材料的自润滑机理。研究发现，TiB₂颗粒预氧化是TiB₂/Al复合材料产生自润滑特性的必要条件。预氧化过后的TiB₂颗粒表面被一层20-30nm厚的由TiO2和B₂O₃组成的混合氧化物包裹。两种氧化物为TiB₂在预热温度下与空气中的O2反应所致。其中反应物B₂O₃及其与空气中的水蒸气反应生成的具有层状结构的固体润滑剂硼酸（H₃BO₃）对摩擦磨损性能有重要影响，这是TiB₂/Al复合材料具有自润滑性的内在因素。增强体体积分数与摩擦学行为研究表明，存在黏着磨损向自润滑状态转变的临界体积分数。体积分数低于24.3%，不具备自润滑性；两者之间为过渡区，自润滑现象的产生受到试验条件的影响；高于31.6%，则具备自润滑性。选取了0.49N、0.98N、1.96N、3.92N载荷研究载荷对材料摩擦磨损性能的影响，结果表明，当载荷≥0.98N时，不具备自润滑特性，载荷为0.49N时，材料在各种速度下出现了自润滑性。可以据此推论：摩擦时在材料表面的润滑膜很薄，承载能力较弱，高载下无法有效的起到降低摩擦的作用。选取0.2、0.5、0.8、1.0、1.5、2.0m/s时的摩擦系数研究了速度对摩擦学行为的影响。结果表明，1)随着速度的升高，摩擦系数从0.5降到0.2。磨损机制也从黏着磨损为主转化成以氧化磨损为主。2)材料自身具备自润滑剂，但是低速下仍然不具备自润滑特性，说明维持自润滑特性仅仅依靠预氧化产生的TiO2和B₂O₃远远不够，需要TiB₂在摩擦热作用下的持续氧化来源源不断的提供自润滑剂。3)自润滑条件下的复合材料磨损表面存在润滑膜，局域分布，且由氧化物混合组成，很薄。本文还研究了GCr15盘的表面粗糙度对摩擦磨损行为的影响。发现存在自润滑现象的最佳表面粗糙度，且该数值与TiB₂颗粒预氧化后氧化物层厚度有紧密联系。设TiB₂的表面氧化物厚度为h，对磨盘的表面粗糙度为Ra。则最佳表面粗糙度的大小与增强体表面预氧化产生的TiO2和B₂O₃层厚度大小相当，在20-30nm数量级，即Ra⁰.02-0.03μm。1)Ra>>h，对应Ra0.606μm和Ra0.372μm。接触时氧化物层无法填满对磨盘微凸体间隙，造成高硬度的对磨盘微凸体对复合材料的磨粒磨损，产生大量犁沟。2)Ra^h，对应Ra0.023μm。接触时氧化物层刚好填满对磨盘微凸体间隙，阻止了对磨盘与基体合金的黏着，减小了摩擦。3)Ra<<h，对应Ra0.005μm。接触时氧化物层能够填满对磨盘微凸体间隙，但是由于表面过于光滑，分子作用占据主导地位，实际接触面积大大增加，黏着作用占据主导地位，摩擦反而升高。摩擦系数曲线的实时变化，是摩擦副体系内各种减小摩擦、增大摩擦的因素互相影响的一种外在表现。对不同载荷、滑动速度、表面粗糙度情况下的摩擦系数曲线进行综合分析，得出预氧化TiB₂颗粒表面氧化物在磨合阶段起作用，平稳阶段主要是摩擦热的积累使得增强体TiB₂急剧氧化，进而提供源源不断的润滑剂，减小了摩擦。TiB₂/Al-GCr15组成的摩擦副体系，产生自润滑现象时，润滑剂产生的来源，一个是预氧化TiB₂引入，一个是摩擦热使增强体TiB₂持续氧化所致。