钛合金因其优异的综合性能而在诸多领域得到广泛应用,但较差的摩擦磨损性能却限制了钛合金的应用。人造摩擦层可显著提高钛合金的耐磨性,但对其破坏、作用机理及不同结构人造摩擦层对钛合金摩擦磨损性能的影响缺乏深入、系统的研究。本文在TC11合金/GCr15钢滑动界面添加不同混合方式的Fe₂O₃、多层石墨烯、MoS2纳米材料,以制备不同人造摩擦层。研究人造摩擦层对TC11合金在不同载荷、速度下摩擦磨损行为的影响,采用XRD、Raman、SEM、EDS等手段对二次磨损前后TC11合金的磨面和剖面物相、形貌及成分进行了分析,基于摩擦层的特征变化探索了其破坏过程,并探讨了不同人造摩擦层的作用机理及其对TC11合金摩擦磨损性能的影响。此项研究为钛合金的摩擦学设计提供了科学依据,具有重要的理论意义和工程应用价值。结果表明,添加Fe₂O₃时,无论何种载荷或速度下,TC11合金的磨损失重与平均摩擦系数均较高,且与未添加时的相当。添加多层石墨烯/Fe₂O₃、MoS2+Fe₂O₃时,磨损失重与平均摩擦系数在一定载荷或速度范围内较低,而后呈线性增长。而添加多层石墨烯+Fe₂O₃时,在全部载荷、速度内,磨损失重及平均摩擦系数几乎均保持极低值。研究发现,滑动界面上添加不同纳米材料,诱导TC11合金表面形成结构相异的人造摩擦层。添加Fe₂O₃时形成单层摩擦层,因其欠缺润滑性而极易破坏,磨面呈粘着、撕裂痕迹及犁沟,且亚表层发生变形。含MoS2和Fe₂O₃的机械混合摩擦层及含多层石墨烯和Fe₂O₃的双层摩擦层因同时具有润滑、承载能力而易于保留至二次磨损结束。然而,机械混合摩擦层和分层不明显的双层摩擦层中所含组分较均匀分布限制了其润滑作用的发挥,导致其在较高载荷或速度下发生破坏,磨损表面及亚表面呈现犁沟、粘着痕迹及塑性变形。添加多层石墨烯+Fe₂O₃时形成的双层摩擦层因分层更明显而润滑性能极佳,所有条件下几乎均稳定存在而不破坏。单层人造摩擦层不能改善TC11合金的摩擦磨损性能,相比于机械混合人造摩擦层和分层不明显的双层人造摩擦层,分层明显的双层人造摩擦层可更显著地提高TC11合金的耐磨性和减摩性。