TiNi基形状记忆合金因其优异的超弹性和形状记忆性能而使之具有良好的韧性、阻尼性能、抗疲劳以及耐磨性，成为目前研究以及关注最多的一类形状记忆合金，已成功应用于航空航天、石油、生物医学以及微电子器件等领域。此合金制作的摩擦工况下使用的机械零件，具有一定的自适应性，如航空器中舱门的密封，石油开采中承压能力、密封效果较好金属封隔器等。而控制其磨损首先就是要深入系统的研究其摩擦磨损特性，特别是微观组织对其摩擦磨损性能的影响规律、摩擦接触表面的变化、摩擦接触亚表层的塑性变形与组织演变等。因此，揭示TiNi形状记忆合金的摩擦磨损行为与微观组织的关系，尤其是建立其摩擦磨损特性与其应力诱发马氏体（SIM）相变之间的响应规律，是评价其抗磨性能和指导此类相变材料表面结构设计及机械零部件磨损寿命预测所面临的关键基础问题。然而目前对微观组织与其摩擦磨损性能的关系、摩擦层的组织演变机理以及摩擦氧化层形成与作用的研究尚不够深入。基于此，本文重点研究了热轧和热处理组织的富Ni-TiNi合金的宏观摩擦磨损行为，深入研究了宏观摩擦磨损条件下摩擦层的微观组织响应机制，使用分子动力力学模拟阐明了微观磨损过程中其组织响应方式，这一系列研究成果对TiNi合金的摩擦磨损特性以及减磨方法具有理论指导意义，也为该类合金在摩擦领域的应用和设计提供了理论依据，主要得到的结论如下: （1）通过对固溶和时效的Ti-51.5at.% Ni合金与GCr15在室温下进行摩擦磨损行为的研究发现，两种组织状态合金的表面磨损机制均是犁沟磨损主导，虽然两种状态的合金相变温度不同，但是相同的摩擦条件磨痕处均发生了SIM相变。通过TEM分析发现，在往复摩擦的过程中，两种组织均随深度的增加呈明显的结构梯度组织。固溶合金的马氏体相变开始温度（Ms）和奥氏体相变结束温度(Af)均较低，其磨痕最表层发生了非晶化，但是亚表层中以B19′为主，同时存在R相，纳米孪晶和层错是B19′的主要亚结构；过时效合金磨痕亚表层中非晶化加重，表层的非晶组织中存在小于10 nm的B2相团簇，随着深度的增加，组织由非晶与尺寸为3-5 nm的中程有序残骸，逐渐转变成纳米晶。 （2）采用分子动力学方法研究了300K时[100]和[111]位向的B2相单晶TiNi合金纳米刻划过程中的亚表层变形机制。结果表明：在纳米压入的过程中，[111]单晶的临界相变诱发应力远高于[100]单晶，分别为1291MPa和290MPa；随着压入深度的增加，[100]单晶中逐渐产生多个马氏体变体，而[111]单晶则迅速产生单个马氏体变体且快速长大。在刻划的过程中，[100]中的马氏体不断长大、发生孪晶化、去孪晶化以及塑性变形，而[111]中则是单个马氏体变体的孪晶化、去孪晶化及塑性变形。两晶体的划痕均因马氏体可逆转变而发生局部恢复，其中[100]单晶亚表层的可逆转变较[111]单晶明显。 （3）利用热轧制备不同微观组织的Ti-50.8at.% Ni合金，系统研究热变形组织在往复运动模式下的摩擦和磨损。热变形后合金为奥氏体而非马氏体且摩擦系数（COF）减小，耐磨性提高。多次轧制使晶粒均匀且尺寸减小但耐磨性降低。背散射电子衍射及TEM分析表明：位错、{112}和{114}孪晶均参与该合金的热变形；单道次轧制变形合金中产生大量低界面能的小角度（SAGBs）和重合位置点阵（CSL）晶界，多道次轧制后均减少但位错密度提高，形成再结晶和变形组织。结合示差热分析（DSC）分析发现B2中{112}孪晶对马氏体相变的抑制作用较之高密度位错明显。此研究发现通过热变形提高粗晶B2相Ti-50.8at.% Ni合金中SAGBs比例和低Σ值的CSL晶界可提高其耐磨性。 （4）热轧过程中，Ti-51.5at.% Ni合金的变形机制与Ti-50.8at.% Ni相近，主要以{112}和{114}机械孪晶、位错为主，还可形成二次孪晶，在此过程中也形成了B2相层错，与固溶处理之后短时时效组织的摩擦和磨损行为对比发现：高缺陷的热轧组织硬度虽然较纳米尺度第二相析出的时效组织略低，但是两种组织的耐磨性相当；磨痕处的XRD结果表明合金发生了SIM相变。基于DSC分析，可知B2中的缺陷降低了马氏体相变温度也即孪晶的出现阻碍了马氏体相变，并且磨粒磨损逐渐向粘着磨损转变。由于SIM相变的取向依赖性，使热轧γ纤维-{111}//ND织构的合金表现出较α纤维-{100}//ND织构的合金良好的耐磨性。 （5）基于（3）和（4），采用低温时效，设计孪晶与纳米尺度第二相共存组织，考察其组织特点与摩擦学特性。TEM微观组织分析表明：经过200℃50h的低温时效处理，明场像中没有明显的第二相生成，但是出现Ni4Ti3相的衍射斑点，其尺寸很小，可以发现R相、位错和孪晶依旧大量存在，且时效析出了ω相，与母相之间的位向关系为[011 ̅0]_ω//[21 ̅1]_B2，以条纹状分布在孪晶界处，同时也析出于高密度位错区域。此外，纳米尺度的第二相在晶粒内部广泛分布。两者的共存强化基体。在3N和5N的载荷下进行摩擦磨损实验，时效合金的磨痕中有明显的B19ʹ相生成，而热轧合金磨损表面相变不明显。经过400℃时效后，合金的Ms较高，马氏体相变σ_cri随之降低，在相同的摩擦载荷作用下，更易于发生相变，在载荷较低时，已经发生相变，相变吸收能量，且SIM可发生恢复，因此其磨损体积较小。而载荷增加后，SIM已经发生严重的变形，不能大量回复，而200℃50h时效的合金，硬度高，其强度也高，载荷增加后，才发生SIM相变，且马氏体相变形较小，能发生局部的恢复，超弹性作用明显，使其在大载荷下耐磨性较好。而热轧组织，其强度小于时效组织，但是其相变σ_cri较400℃50h时效组织高，因此在5N载荷作用下，与其耐磨性能相当。 （6）利用微动摩擦试验机对比研究了固溶和短时时效处理的Ti-51.5at.% Ni合金在室温下与GCr15、Al2O3和ZrO2干摩擦时的摩擦磨损界面氧化行为及其对摩擦磨损行为的影响。发现弥散析出相使得其与GCr15在20Hz、20N条件下干磨时，COF出现明显的突变现象，从0.9降至0.2，但是固溶合金在相同条件下未发现这种“严重-轻微”磨损转变的现象。此外，当对偶为Al2O3和ZrO2时，磨损机制与对偶为GCr15时磨损方式均为氧化磨损，但是并未出现COF的突变，对偶和TiNi合金磨痕表面的SEM、EDX面扫描和XPS的结果阐明了分布均匀的含Fe摩擦层和对偶表面的材料转移是此现象的根源。短时时效使材料硬度提高加重了对偶表面Fe的转移和氧化而产生COF的突变。