镍基单晶高温合金具有优良的高温强度、抗氧化及抗热腐蚀能力使其在高温环境下仍能保持优异的服役性能,被广泛应用于航空发动机叶片及涡轮叶片。汽轮机叶片是火力发电站所用汽轮机机组内的核心部件之一,起着将高温蒸汽的动能转化为机械能的重要作用。由于汽轮机叶片长期处于富水环境下的高温、高压和高转速的恶劣工作环境,导致汽轮机叶片容易发生损坏甚至断裂。因此,对镍基单晶合金开展水环境下的摩擦机理研究,具有重要的研究意义。本文采用分子动力学模拟的方法,选择反复旋转摩擦的方式,使用金刚石磨球从各个方向对水环境下镍基单晶进行摩擦,以更好模拟镍基单晶的摩擦工况。同时开展了镍基单晶在有无水环境下摩擦机理的分子动力学对比研究。研究内容如下:（1）从摩擦力、磨痕形貌、磨痕深度、磨损率及位错反应等方面对单晶镍材料进行了研究分析。模拟结果表明,摩擦力在初次摩擦阶段波动较小,但在重复摩擦之后,模型内部发生位错反应,摩擦力波动幅度较大。在摩擦过程中,初次摩擦的摩擦深度在不断降低,导致磨损率也在降低,且产生缺陷原子数的增率也在不断下降。还发现,摩擦过程中产生了“V”型位错,分析了“V”型位错的演化过程,阐明了其演化机理。此外,在不同载荷、温度和磨擦速度下摩擦时,发现它们的增大均会使摩擦力变大。温度和载荷的增大会使得磨屑原子和缺陷原子数目增大,但磨擦速度的增大会使得磨屑原子和缺陷原子数减少。（2）从表面和亚表面对比分析了有无水环境下镍基体的摩擦性能。发现加入水分子后,摩擦力降低,堆积的磨痕形貌高度降低,摩擦深度也更浅;初次摩擦时,湿摩擦情况下磨球与镍基体接触部分的温度比干摩擦低,且随着摩擦圈数的增多,磨痕中水分子数目减少,温度逐渐与干摩擦温度接近,这说明水分子在摩擦过程中起到了散热的作用;还发现,湿磨擦产生的内部缺陷结构体积小于干摩擦,且初次摩擦产生的较大体积缺陷会在重复摩擦之后逐渐变成小型的层错四面体（SFT）和间隙原子,将阻碍了缺陷的延伸,发生位错缠结,导致摩擦硬化,水分子的存在起到了缓冲作用。（3）在湿磨擦情况下,发现水可以改变磨屑的形成方式,出现了不规则形貌。从温度、原子位移对其形成过程进一步分析时,发现不规则磨屑初步形成时,磨屑底部原子与水平面呈较小的角度,因此会向上堆积。且在磨屑断裂时,断裂位置温度很高。此外,通过对比干、湿摩擦,发现加入水分子后摩擦表面的粗糙度降低,内部产生的层错数目减少,整体的摩擦温度降低。这表明磨球施加给工件的部分作用力被水分子分担,水分子对镍基体起到了保护作用。（4）探究了水分子层厚对单晶镍的摩擦性能影响,发现随着水分子层厚的增加,法向力小幅度升高,切向力不断减小。磨球接触镍基体时的温度随着水分子层厚的增加逐渐降低,摩擦深度逐渐降低,形成的缺陷体积和数目也在降低,使得镍基体的变形量减小,水分子润滑作用不断增强。