扭动微动是在法向交变载荷下接触副间发生的往复微幅相对扭动,在工业、医疗等领域普遍存在。表面改性技术具有低成本、易实现和性能优异等优点,能够有效减缓微动损伤、提高材料的抗磨损性能。本研究以典型生物合金材料为研究对象,考察基体材料及其氮离子注入层在扭动微动中的损伤机理和机制,能丰富摩擦学研究。本研究选用常用医学材料：纯钛TA2、Ti6A17Nb和Ti6A14V钛合金三种基材以及三种基材经过不同剂量氮离子高能离子注入后的改性样品。扭动实验采用球-平面接触,在配有低速高精度往复转动台和六维传感器(X、Y、Z方向的力和扭矩)的UMT摩擦磨损试验机上进行。三种基体材料及其改性层为平面试样,对磨副ZrO：陶瓷球,润滑环境采用模拟体液小牛血清溶液介质下进行。采用显微硬度仪、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和表面形貌仪等微观分析手段,结合微动磨损动力学特性分析,系统研究了纯钛、钛合金及其离子注入改性层的微动运行行为和损伤机理。获得的主要结论如下：1.纯钛与钛合金金经离子注入后,在材料的表面形成了新相氮化钛,改性层表面呈脉络状突起,表面的粗糙度显著增大。随着氮离子注入剂量的增加,改性层的硬度和粗糙度逐渐变大。2.扭动微动实验表明,氮离子注入很好的提高了纯钛与钛合金的抗扭动微动磨损性能。在小角位移θ=0.5°时,纯钛与钛合金的T-θ曲线呈现椭圆形,扭动微动处于混合区。离子改性层的T-θ曲线开始向直线型转变,说明氮离子使得改性层延缓了滑移区的到来；θ=5°和15°时,纯钛与钛合金基材与改性层的T-θ曲线都呈平行四边形,扭动微动磨损运行于滑移区。因此,氮离子注入改性并没有改变材料在大角位移下的扭动微动运行区域；扭矩循环曲线一般呈现三个阶段：跑合阶段,上升阶段以及平稳阶段,在小角位移下,基材与改性层的扭矩循环曲线平稳且数值较低。在大角位移下,相比较于改性层,基体进入稳定的摩擦扭矩阶段所需要的循环次数更少。3.研究发现：在部分滑移区,纯钛与钛合金基体为轻微的磨粒磨损,氮离子改性层几乎未见损伤；在混合区,纯钛与钛合金基体表面有大量的磨屑堆积、片状脱落和剥层,其损伤机制为磨粒磨损；在滑移区,基体材料磨痕中心有片状剥落、外缘则有大量磨屑,其损伤机制为剥落和氧化磨损,氮离子改性层的损伤机制为磨粒磨损。