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水液压技术以其不易燃烧、绿色环保等优势,在液压传动与控制领域扮演着越来越重要的角色,然而其基础研究还不够完善,水压元件摩擦副的摩擦学性能研究就是其中一个重要课题。聚酰亚胺(PI)高分子材料以其优异的力学性能、自润滑性能及加工性能,尤其是耐高温性能,在摩擦学领域表现出巨大的潜力。目前,虽然在干摩擦条件下对其摩擦学性能有了一定研究,但在水润滑条件下的研究还十分欠缺。本文从PI的改性材料配比、对偶材料、工艺方法、摩擦副结构等方面入手,研究多种因素对PI摩擦副在流动、浸泡水润滑条件下的摩擦学性能的影响。本文使用聚四氟乙烯(PTFE)、石墨(Gr)、碳纤维(CF)等材料对PI进行填充改性,并以淬火处理17Cr16Ni2、渗氮处理17Cr16Ni2、固溶时效处理17-4PH作为金属对偶材料,采用MMU-10F型摩擦磨损实验机在水润滑条件下对其展开摩擦学实验研究,摩擦副的接触类型为环-环面接触。筛选实验表明,在水润滑条件下,PTFE对PI材料的摩擦学性能改善并不明显,而Gr虽然提高了PI材料的摩擦性能,但对其磨损性能改善效果有限,CF对改性PI的摩擦磨损性能均有明显提高。交叉实验表明,30%CF改性PI与渗氮处理17Cr16Ni2不锈钢配对在所有的PI摩擦副试件中摩擦学性能最好。压模成型和注塑成型两种成型工艺对摩擦副的摩擦学性能影响不大。使用环境电子扫描显微镜对试样表面的微观形貌进行了分析,发现与淬火处理17Cr16Ni2配对30%CF改性PI的磨损机理为磨粒磨损造成的挤压剥落,15%CF+15%改性PI的磨损机理为黏着磨损造成的层状剥落。为了提高PI摩擦副的散热性能,本文设计了三种低温热平衡结构,并对其进行有限元分析。理论分析表明,设计3个槽的低温热平衡结构散热性能最好,该结论也得到了实验验证。将设计有不同结构的摩擦副进行摩擦学实验发现,相较于原试样,采用低温热平衡结构后,摩擦副运行更加稳定,摩擦系数和磨损率都比较小,这是因为低温热平衡结构提高了摩擦副的散热性能,并有助于磨屑的快速排出,避免了三体磨粒磨损。通过综合比较,设计3个槽的低温热平衡结构的摩擦学性能在三种结构中最好。此项研究结果对水压泵高分子材料类摩擦副的结构设计具有重要意义。