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钛合金因其优异的综合力学性能而广泛应用于各个领域,但因其较差的摩擦磨损性能限制了钛合金的应用。合金在干滑动过程中不可避免会在磨损表面形成不同于基体的摩擦层,然而国内外学者对于钛合金的摩擦氧化物及摩擦层是否具有减磨作用的观点尚不统一。因此,研究钛合金的磨损性能及摩擦层的形成、作用机理等具有重要的理论意义和工程应用价值。本文通过在TC11合金/GCr15钢滑动界面上人工添加混合配比的多层石墨烯和Fe2O3纳米颗粒,以改善TC11合金磨损性能。作为对比,同时研究了未添加及只添加多层石墨烯或Fe2O3纳米颗粒时TC11合金的磨损行为。采用XRD、SEM和EDS等微观分析手段对磨面的物相、形貌和成分进行检测分析,并表征了摩擦层的成分、形态和性能等特征,并探讨了摩擦层的形成过程、作用机理及钛合金磨损机制的转变。结果表明:TC11合金的磨损行为与添加剂种类、转数及添加剂配比等密切相关。单独添加多层石墨烯或Fe2O3纳米或颗粒时,TC11合金的磨损量均比未添加时高很多。对于添加不同配比的多层石墨烯和Fe2O3纳米颗粒,在低转数时,不论何种配比,TC11合金的磨损量与未添加纳米材料相比显著下降,且磨损量接近于0。随着转数的增加,混合配比为2:1时较其他配比具有更低的磨损量且始终维持在0左右。研究发现,当添加不同纳米材料时,磨损表面均形成成分各异的摩擦层,并显著影响TC11合金的磨损行为及磨损机理。未添加和单独添加多层石墨烯或Fe2O3纳米颗粒时,TC11合金磨损表面形成单摩擦层（嵌入型）,该摩擦层不具保护作用,此时为严重磨损,磨损机制主要为磨粒磨损与粘着磨损。添加不同配比的多层石墨烯和Fe2O3纳米颗粒,在载荷与摩擦热作用下磨损表面快速诱导形成双摩擦层（覆盖型）:上层为主要含石墨烯的摩擦层,下层为主要含Fe2O3的摩擦层。研究发现,Fe2O3纳米颗粒形成保护性的摩擦层,能有效地减少磨损;配合具有较好润滑性的石墨烯层使得Fe2O3摩擦层得以稳定存在。双层摩擦层能有效地阻止金属间相互接触,使得TC11合金的磨损量显著下降,发生严重-轻微磨损的转变。混合配比为2:1时较其他配比具有更低的磨损量,这是由于足够的多层石墨烯能够及时补充在载荷作用下破坏的多层石墨烯,从而有效的确保Fe2O3稳定地发挥其优异的减磨作用。可以推测添加多层石墨烯和Fe2O3纳米颗粒混合物诱导形成的覆盖型双摩擦层可用于钛合金在严酷滑动工况条件下而不需要预先采用任何表面处理。