随着科技的高速发展,节能低耗是结构材料发展的一个重要方向,用轻质高强材料取代传统的钢铁材料作为矿山机械设备材料是实现这一发展的重要方法之一。而轻金属材料用于属于爆炸性气体环境的煤矿井下,其碰摩温升是甲烷-空气混合物最危险的潜在点火源之一,研究轻金属材料碰摩温升的诱发机理是将轻金属用于矿山设备或者改性矿用轻金属材料的迫切需求。本文基于传热学原理、赫兹接触理论以及弹塑性碰撞理论针对TC4钛合金材料的碰撞摩擦热表面、摩擦闪温以及火花等的变化规律,用理论计算、仿真模拟结合实验数据进行了相关研究,主要研究内容如下:在建立摩擦和碰撞模型的基础上,利用实验数据,模型仿真和回归分析等方法研究TC4钛合金的碰摩温度场和摩擦火花的变化规律以及影响因素,为摩擦热表面最高温度、摩擦闪温、撞击闪温以及火花释放能量的计算推导数学模型,并为设定引燃瓦斯气体的临界碰摩条件提供新的计算方法。首先,通过限制摩擦条件将碰摩热表面和火花的研究分开,从而确定是用最低点燃温度还是最小引爆能来衡量潜在点火源的点燃性。在低摩擦速度下研究TC4钛合金的摩擦温度场,得到摩擦接触点的最高温度随载荷和相对速度的变化规律,并结合回归分析计算热表面最高温度达到瓦斯最低引燃温度的摩擦临界载荷。低接触应力下,摩擦闪温往往远高于体积温度,因此基于粗糙表面摩擦学理论,从微观热力学入手,结合弹塑性接触理论对滑动过程中微凸体之间接触的导热进行分析,计算TC4钛合金与Q235A钢的摩擦闪温,得到最高闪点温度的计算式,揭示摩擦表面温度和最高闪点温度达到瓦斯最低点燃温度的主导因素,并为设定临界点燃条件提供更准确的计算方法。通过自由落锤模拟试验开展碰撞温度场研究,结合弹塑性碰撞理论,得到TC4钛合金碰撞温度场随撞击条件的变化规律,并归结出碰撞最高闪点温度随样品动量和摩擦系数变化的数学模型,从而得到可通过提高材料表面的加工精度将作用表面之间的摩擦系数值控制在临界范围以内以保证撞击热表面的安全性的重要方法。利用简单安全的实验装置获取TC4钛合金摩擦火花飞行速度、粒径、存在时间等相关参数,以纯铜和Q235A钢作为对比材料,评估TC4钛合金摩擦火花对瓦斯空气混合气体的点燃性,结果表明:铜在低转速、低载荷下基本无摩擦火花,钛合金的摩擦火花点燃能力的确强于钢摩擦火花的点燃能力,并且火花引燃能力的主导因素是材料的性质,设定临界条件无法完全杜绝引爆现象的发生,但是通过控制摩擦相对速度可以降低火花引爆瓦斯的概率。结合瓦斯的引燃条件研究火花引爆瓦斯的机理,根据瓦斯引燃相关理论、火花点火理论以及高温热痕理论得到火花成为有效点火源的必要条件以及发生爆炸火花持续的临界时间。