圆柱滚子轴承广泛应用于航空航天领域,是航空发动机转子系统重要的零部件,因其工作环境恶劣,容易失效。对于航空发动机主轴轴承圆柱滚子轴承来说,提高工作寿命,防止早期失效,关键在于改善其性能。目前,表面强化技术是改善材料表面综合性能的重要方法,而离子注入不改变材料的结构尺寸,相对于其他手段是最适合改善圆柱滚子轴承性能的表面强化技术。因此本文首先对圆柱滚子轴承代表性材质Cr4Mo4V钢进行离子注入处理,表面形成离子注入改性层,对其进行基本性能表征。将处理后的试样与某型号圆柱滚子轴承的滚子组成摩擦副,在CETR摩擦磨损试验机上进行线接触摩擦磨损实验,结合摩擦系数和磨痕特性分析,研究不同离子注入参数对摩擦磨损机制的影响,进而揭示离子注入改善圆柱滚子轴承摩擦磨损性能的机理。所得结论如下:(1)离子注入改性层的基本性能离子注入层有一定的厚度,注入不同的元素,能发现相应的元素峰存在,说明注入效果良好。注Ti试样中,Ti元素以氧化钛和单质形式存在;注N试样中,有氮化铬相产生,没有反应的氮原子固溶强化基体,以间隙原子的形式存在;注Ti+N试样,试样中有氮化铬相和间隙氮原子存在,也有氧化钛相和氮化钛相存在。注Ti+N试样的纳米硬度和显微硬度最大,其次注N试样,再次注Ti试样,基体试样硬度最小。(2)不同注入元素试样的磨损机制不同注入元素条件下的试样,摩擦系数随循环周次经历初始、上升(波动)、稳定三个阶段。结合离子注入层基本性能分析,基体试样磨损相对严重,磨损机制为氧化磨损、黏着磨损和磨粒磨损;注Ti试样中有氧化钛相产生,能起到润滑作用,抑制磨粒磨损的发展;注N试样中有间隙固溶体,表面硬度得到大幅度强化,降低了黏着磨损;注Ti+N试样中有氧化钛、氮化钛和间隙固溶体存在,提高了硬度且改善了润滑性能,磨粒磨损和黏着磨损都有所降低。(3)不同注入能量和注入剂量试样的磨损机制注Ti试样随着注入能量的上升,初始摩擦系数降低且保持初始摩擦系数的循环周次增大。注Ti试样随着注入剂量的上升,摩擦系数改变但不明显,磨痕深度下降。注Ti试样的磨损机制以黏着磨损、氧化磨损为主。注N试样随着注入能量的上升,初始摩擦系数降低且保持初始摩擦系数的循环周次增大。而注入剂量的上升,也使得注N试样初始摩擦系数降低,磨损性能有所改善。注N试样的磨损机制以磨粒磨损、氧化磨损为主。(4)离子注入改善摩擦磨损性能机理分析离子注入后的试样,表面形成离子注入层,有大量新相产生且伴随着固溶强化,一部分相改善了润滑性能,一部分相强化基体提高了试样表面硬度,避免大量塑性变形,新相的形成改善了表面的润滑特性,从而削弱了黏着磨损和磨粒磨损,摩擦系数降低。