为了避免润滑油泄露和有害润滑油添加剂对环境的影响,开发在水润滑条件下工作的摩擦副材料具有重要意义。然而,水粘度与润滑油粘度相比有较大的差别,且水润滑条件下运动机构频繁运转于混合甚至边界润滑区间,导致摩擦副固-固接触承担相当甚至绝大部分载荷,这对摩擦副材料的使用寿命和可靠性带来严峻的挑战。聚合物及其复合材料具有自润滑性、高化学稳定性以及性能可设计性等优势,作为水润滑材料具有广泛的应用前景。本工作系统研究了一系列环氧树脂基聚合物复合材料在水润滑条件下的宏观摩擦学行为,为得到具有最佳摩擦学性能的聚合物复合材料提供了一种研究思路。在此基础之上,分析了填料及其耦合对复合材料摩擦学性能的影响,利用先进的研究手段深入研究了界面生成摩擦膜的纳米结构,深化了对水润滑界面复杂物理化学作用的理解。本文主要的研究如下:(1)通过一步水热反应合成了约130nm的碳球,将其作为填料加入到环氧树脂基体中。结果表明,树脂基体中分散的碳球可以大大降低材料的摩擦和磨损。此外,由于表面摩擦过程中保护性摩擦膜的形成,使得钢环表面摩擦氧化作用得到了极大的缓解。碳球增强的环氧树脂基复合材料在设计适用于恶劣水润滑条件下的高性能摩擦副方面具有广阔的应用前景。(2)将合成的碳球和氧化物纳米颗粒(Al2O3和SiO2)作为双重填料加入到环氧树脂基体中。研究结果表明,双重填料的加入,可以大大降低复合材料的摩擦系数,表现出最佳的摩擦学性能。证明摩擦膜中碳球和氧化物纳米颗粒的存在,一定程度上有利于材料在水润滑条件下润滑性能的提高。碳球和氧化物纳米颗粒增强的环氧树脂基复合材料也适用于恶劣水润滑条件下的高性能摩擦副材料的应用。(3)通过一步水热合成球状硫化铜/碳量子点/碳球杂化体,将其作为填料加入到环氧树脂基体中。研究结果表明,添加低含量(0.1wt.%)的硫化铜/碳量子点/碳球,聚合物复合材料的耐磨性大幅度提高。然而继续增加填料含量(达到1.0wt.%)的聚合物复合材料表现出良好的减摩效果,而耐磨性能没有明显提高。这些性能的提升主要归功于摩擦膜在摩擦过程中的形成。因此,可以根据工况需求调整硫化铜/碳量子点/碳球的添加量来控制摩擦膜的形成,得到具有不同摩擦学性能(低磨损率或者低摩擦系数)的环氧树脂基复合材料,以运用到不同的工况场合。本文通过研究聚合物复合材料在水润滑条件下的摩擦学行为以及摩擦膜的结构和形成过程的相关机理有助于从微观角度来解释宏观现象,并在一定程度上为水润滑摩擦材料的研制开发提供了一种可供参考的途径。