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本文主要研究了N、Ti和N+Ti离子注入层的成分结构，并以单元素注入方式研究了离子注入机的工艺性能，最后分析了离子注入改善摩擦副摩擦磨损性能的机理。利用SIMS和XPS测试了注入元素的浓度分布；使用XPS分析了注入元素的价态；用GIXRD分析了注入层的相组成。采用纳米压痕仪测试了注入层的纳米硬度。基于射程分布理论，计算了名义注入参数与实际注入参数之间的定量关系以及注入元素的扩散率、理论浓度分布和注入保有量。采用球-盘磨损试验机测试了Cr4Mo4V/Si3N4摩擦副离子注入前后的摩擦磨损性能，并基于对磨痕形貌、尺寸和成分的分析结果，分析了离子注入改善摩擦磨损性能的机理。成分结构和纳米硬度研究结果表明，三种注入试样中N、Ti两种元素均呈非标准正态分布。对于注N试样，N元素注入深度为250nm，浓度峰值为11at.%，位于45nm处，注入层中发现氮化铬相和游离态的N原子；对于注Ti试样，Ti元素注入深度为60nm，浓度峰值为7at.%，位于11nm处，注入层中发现有单质钛和氧化钛相。双元素注入试样中，N元素的浓度峰值位移到60nm处，Ti元素分布未发生明显变化，注入层中发现有游离态的间隙N原子、氮化钛、氮化铬以及氧化钛。上述第二相均以纳米晶形式存在。三种注入试样的纳米硬度峰值坐标分别为（14.1GPa，50.1nm）、（12.9GPa，35.1nm），（14.0GPa，62.0nm）。结合浓度分布分析结果认为注入层的纳米硬度与N浓度成正比；双元素注入中Ti元素由于实际注入剂量太少，注入深度太浅，并没有提升注入层的硬度，但却使有效区间展宽。注入机工艺参数计算结果表明，微波源-注入机实际注入能量是名义注入能量的57.5%，实际注入剂量是名义注入剂量的60.1%，注入保有量为1.0×1017ions/cm2，N原子扩散率为26.2%；MEVVA源-注入机实际注入能量是名义注入能量的50.5%，实际注入剂量是名义注入剂量的17.8%，注入保有量为1.482×1016ions/cm2，Ti原子扩散率为18.2%。摩擦磨损机理分析表明，基体摩擦副初始以黏着磨损机制为主，平稳阶段以3体磨粒磨损机制为主；注N试样低摩擦系数阶段为轻微2体磨粒磨损和黏着磨损，后来发展为剧烈2体磨粒磨损，摩擦系数上升；注Ti试样与注N试样类似，但表面存在的氧化钛层，抑制了2体磨粒磨损的发展，从而使低摩擦系数阶段维持更长时间；注N+Ti试样既有注N试样的硬度，又有注Ti试样的氧化钛层，其摩擦磨损性能最好。