聚醚醚酮（PEEK）具有优良的耐辐射、耐溶剂、耐高温、化学稳定性及优异的自润滑性能,已广泛应用于工业领域的轴、齿轮和衬套等机械零件以减少摩擦磨损。纳米填料具有较高的比表面积,与聚合物结合的界面面积更大,因而仅需填充较少的纳米填料就能显著的提高聚合物材料的强度及韧性,达到延长使用寿命降低维护用成本的目的。随着纳米填料的低成本制造,PEEK纳米复合材料的摩擦学研究受到广泛关注。本文通过CP-D3型多功能氧-乙炔火焰喷枪在17-4PH不锈钢基底上分别沉积制备了纳米碳纤维（CNFs）、石墨烯纳米片（GNPs）及纳米石墨（NG）三种纳米碳填料增强的PEEK复合材料涂层,三种填料以相同的填充质量分数（0.5、1、2及5wt.%）对PEEK进行填充改性。采用金相显微镜、扫描电镜及表面轮廓仪分析了填料分散状态对复合材料涂层横截面形貌的影响,通过FT-IR光谱、DSC、TGA及XRD对喷涂PEEK复合材料涂层的化学成分及结晶行为进行了表征,利用维氏显微硬度计、纳米压痕仪对PEEK复合材料涂层的力学性能进行了评估,在干摩擦条件下对PEEK复合材料涂层的摩擦磨损行为进行了测试,实验结果表明:（1）与PEEK复合材料涂层相比,纯PEEK涂层具有最小的孔隙率及表面粗糙度。碳纳米填料的加入增加了PEEK的粘度,降低了火焰喷涂过程中PEEK熔滴沉积时的流动性及铺展性能,因此PEEK复合材料涂层孔隙率和表面粗糙度随填料含量的增加而增加。由于GNPs比表面积较大,在涂层中易以层状团聚,影响喷涂过程中PEEK的堆叠沉积,造成复合材料涂层孔隙率较大。（2）与纯PEEK粉末相比,火焰喷涂过程造成了PEEK的氧化降解。随着纳米碳填料含量的增加,PEEK的降解程度呈先增加后降低的趋势,当纳米碳填料的填充含量大于1 wt.%时,PEEK复合材料涂层的降解较纯PEEK涂层得到较大改善。（3）与纯PEEK涂层相比,纳米碳填料的填充提高了PEEK复合材料涂层的结晶度和晶粒尺寸。PEEK复合材料涂层的热分析结果表明,纳米碳填料的填充对PEEK复合材料涂层的分解温度的影响不大,但结晶温度较纯PEEK涂层显著增加,纳米碳填料的填充起到了形核剂的作用,提高了PEEK在高温下的结晶能力。（4）纳米碳填料的填充改善了PEEK复合材料涂层的力学性能和摩擦学性能。当纳米碳填料的填充分数小于1wt.%时,填料在PEEK基体中分散较为均匀,因而涂层的硬度及耐磨性较纯PEEK涂层显著增加。当填充含量继续增大时,纳米碳填料的润滑作用开始增强,复合材料涂层的摩擦系数降低。对于CNFs/PEEK复合材料涂层,随着CNFs含量增加,复合材料涂层的耐磨性逐渐增大,摩擦时CNFs的拔出及裂纹桥接增加了摩擦过程中的能量耗散,耐磨性显著增加。对于GNPs/PEEK及NG/PEEK复合材料涂层,随着填料含量增加,PEEK复合材料涂层的耐磨性呈先增加后降低再增加的趋势,GNPs在PEEK基体中的团聚及NG粒子较低的力学性能,导致纳米填料填充含量较高时PEEK复合材料力学性能的劣化,另一方面,随着填充含量增加,GNPs和NG的润滑能力逐渐增强,降低了摩擦时的剪切应力,两种机制共同对复合涂层的耐磨性产生影响。