載流摩擦磨損研究進(jìn)展*

李聰慧 張燕燕 曾澤祥 牛 凱 宋晨飛 上官寶 張永振

(河南科技大學(xué)高端軸承摩擦學(xué)技術(shù)與應(yīng)用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471023)

載流摩擦副是典型的功能摩擦副，用來實(shí)現(xiàn)固定部件與運(yùn)動(dòng)部件之間能量和信號(hào)的傳輸，被廣泛應(yīng)用于航空航天、海工裝備、高速動(dòng)車組、火箭發(fā)射整流裝置、電磁軌道炮、工業(yè)發(fā)電機(jī)及電力傳輸?shù)雀叨搜b備領(lǐng)域。目前的載流摩擦研究涵蓋了干摩擦條件、潤(rùn)滑條件以及不同環(huán)境氣氛條件下，不同配副材料在不同接觸形式下(滑動(dòng)和滾動(dòng))的摩擦磨損特性研究。

載流摩擦磨損是電接觸系統(tǒng)和摩擦系統(tǒng)相互作用、相互影響的結(jié)果，屬于電接觸學(xué)和摩擦學(xué)的交叉學(xué)科?？萍嫉目焖侔l(fā)展對(duì)載流摩擦的深入研究提出了更加迫切的要求。在電氣化軌道交通領(lǐng)域，隨著高速化和重載化的發(fā)展，電力機(jī)車弓網(wǎng)系統(tǒng)的電流密度大幅度提升，電流最高可達(dá)850 A，高鐵弓網(wǎng)的摩擦速度已達(dá)100 m/s[1]，摩擦熱與速度成冪函數(shù)關(guān)系，幾十倍的摩擦熱與強(qiáng)電流產(chǎn)生的電阻熱導(dǎo)致弓網(wǎng)電接觸服役條件急劇惡化。在航空航天領(lǐng)域，太陽帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)電滑環(huán)要求在結(jié)構(gòu)上保證其具有15年以上的服役壽命，對(duì)長(zhǎng)期服役條件下載流摩擦副的可靠性提出了更高的要求[2]。在海洋環(huán)境下，材料的磨損深度最高達(dá)20 mm[3]，鹽霧和潮濕環(huán)境下材料的腐蝕和磨損嚴(yán)重制約著海工裝備的服役和發(fā)展。模擬實(shí)驗(yàn)的局限性、摩擦學(xué)研究的系統(tǒng)依賴性以及其他各種不確定因素，共同構(gòu)成了載流摩擦龐大而復(fù)雜的研究體系。因此，從不同角度系統(tǒng)研究載流摩擦磨損的理論與技術(shù)至關(guān)重要。

1 載流摩擦接觸的基本特征

載流摩擦系統(tǒng)是電接觸系統(tǒng)與摩擦接觸系統(tǒng)的耦合，涉及電接觸學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)、傳熱、化學(xué)和物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科。載流摩擦副通過粗糙表面接觸斑點(diǎn)的集合構(gòu)成宏觀導(dǎo)電通道[4]。這些接觸點(diǎn)存在負(fù)荷集中效應(yīng)，同時(shí)在相對(duì)滑動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生高密度的焦耳熱，導(dǎo)致材料性能改變[5]。

6城市環(huán)境污染、生態(tài)惡化、氣候異常等促進(jìn)了病蟲害的發(fā)生。城市環(huán)境是由人工建造起來的特殊生態(tài)系統(tǒng)，而地上部分城市空氣和生活污水污染嚴(yán)重、光照條件不足以及人為破壞嚴(yán)重；地下部分往往是填埋的建筑垃圾，土壤堅(jiān)實(shí)、透氣性差、土質(zhì)低劣、缺肥少水、生長(zhǎng)空間狹窄，這些直接導(dǎo)致樹木生長(zhǎng)勢(shì)減弱、抗逆性降低，為有害生物的大發(fā)生提供了有利條件。而且養(yǎng)護(hù)管理又長(zhǎng)期跟不上，園林植物病蟲害容易暴發(fā)成災(zāi)。此外，氣候異常導(dǎo)致的凍害、抽條、旱災(zāi)、澇災(zāi)、煙塵、酸雨等自然災(zāi)害，會(huì)使林木生長(zhǎng)勢(shì)減弱，導(dǎo)致病蟲害暴發(fā)成災(zāi)。

1.1 共面接觸

由于導(dǎo)電接觸和摩擦接觸共面，因此，載流摩擦副的導(dǎo)電特性和摩擦學(xué)特性由接觸表面的狀態(tài)和行為決定，摩擦系統(tǒng)和導(dǎo)電接觸系統(tǒng)同時(shí)對(duì)載流摩擦副產(chǎn)生影響；從使用特性來說，載流摩擦副兼具載流和摩擦2個(gè)功能，而且摩擦和導(dǎo)電之間存在同步特性，并且這種同步特性是動(dòng)態(tài)存在的。摩擦因數(shù)的劇烈波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電質(zhì)量迅速變差，這種瞬間的性能惡化作用于接觸表面，會(huì)破壞摩擦副的接觸狀態(tài)，引起后續(xù)摩擦副導(dǎo)電性能和摩擦性能的惡化。如圖1所示，當(dāng)電樞相對(duì)軌道高速移動(dòng)時(shí)， 軌道和電樞之間聚集的高電流密度使接觸界面產(chǎn)生摩擦熱和焦耳熱，這種極大的瞬時(shí)熱流沖擊導(dǎo)致材料熔化、損耗及接觸區(qū)域變形，并過渡到電弧接觸[6]。

兒子二年級(jí)開學(xué)第二周的時(shí)候，正好是教師節(jié)，老師發(fā)一小卡片，讓寫上最想對(duì)老師說的話，第二天交上去。放學(xué)，兒子問我寫啥好，我說寫自己發(fā)自肺腑的話就好。第二天下午放學(xué)，我接到老師的電話，讓我去學(xué)校一趟，因?yàn)閮鹤訉懙闹挥兴膫€(gè)字：我要退學(xué)。

圖1 電樞與軌道接觸的模型原理[6]

1.2 粗糙接觸

無論是摩擦接觸，還是電接觸，宏觀上的接觸平面在微觀上都是凹凸不平的，如圖2所示。兩物體實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，而摩擦的本質(zhì)實(shí)際上就是接觸面上無數(shù)微凸峰的相互作用[7]。在載流摩擦過程中，并不是所有的接觸斑點(diǎn)都傳遞電流。一些接觸點(diǎn)因氧化膜或雜質(zhì)等原因不傳遞電流，這些傳遞電流的接觸點(diǎn)稱為“導(dǎo)電斑點(diǎn)”[8-9]。電流通過“導(dǎo)電斑點(diǎn)”時(shí)會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，這會(huì)造成有效導(dǎo)電面積減小，產(chǎn)生局部的附加電阻，即“收縮電阻”。收縮電阻和膜層電阻使得真實(shí)的接觸電阻比名義電阻增加30～100倍，電流密度也遠(yuǎn)高于名義電流密度。同時(shí)，在一定的接觸壓力下，接觸點(diǎn)也承擔(dān)了所有的接觸壓力，因此，真實(shí)接觸處的接觸應(yīng)力遠(yuǎn)高于名義接觸應(yīng)力。在摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和電流傳導(dǎo)過程中會(huì)產(chǎn)生大量摩擦熱、電阻熱，這些熱量大多集中在接觸點(diǎn)處，使得接觸點(diǎn)處的溫度遠(yuǎn)高于各義接觸面上的非接觸區(qū)，導(dǎo)致摩擦副接觸區(qū)域產(chǎn)生裂紋并出現(xiàn)材料的脫落和轉(zhuǎn)移[10]。因此，摩擦副在運(yùn)行過程中呈現(xiàn)出負(fù)荷集中效應(yīng)，凸出峰接觸區(qū)負(fù)荷集中效應(yīng)[11]是載流摩擦接觸的突出特點(diǎn)，這種現(xiàn)象是電流密度集中、應(yīng)力集中和熱集中耦合作用的結(jié)果。

圖2 載流摩擦的接觸表面示意

1.3 載流摩擦副表面熱效應(yīng)

電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，在載流摩擦過程中，載流摩擦副間受迫振動(dòng)會(huì)使摩擦副間發(fā)生短暫分離，產(chǎn)生極大的能量密度；同時(shí)接觸表面的高溫使表面電子逸出(即電子熱發(fā)射)，引發(fā)電弧。對(duì)于運(yùn)動(dòng)接觸導(dǎo)電，伴生電弧是載流摩擦最顯著的特點(diǎn)。在摩擦接觸的過程中加載電流，其帶來的電場(chǎng)及電弧放電都將影響載流摩擦副的摩擦磨損性能及導(dǎo)電性能，離線電弧放電是載流摩擦磨損中的重要現(xiàn)象[91-92]。電弧放電會(huì)使得材料表面出現(xiàn)熔化、電弧燒蝕和氧化等損傷形式，惡化配副表面接觸狀態(tài)[93-94]，如圖10所示[95-96]。SENOUCI等[15,97]研究了在電接觸狀態(tài)下銅表面的磨損機(jī)制，認(rèn)為電弧及其產(chǎn)生的熱量將加劇材料的磨損，并促使材料發(fā)生氧化。NAGASAWA和KATO、KUBO和KATO[47,98]重點(diǎn)研究了電弧對(duì)載流摩擦磨損機(jī)制的影響，發(fā)現(xiàn)電弧產(chǎn)生的高溫是材料磨損的主要原因，電弧熱導(dǎo)致材料發(fā)生熔化、氣化和氧化現(xiàn)象。因此，為了降低電弧對(duì)材料磨損的影響，應(yīng)當(dāng)減少摩擦表面熱的產(chǎn)生。HE等[99]也發(fā)現(xiàn)，在電弧高溫的作用下熱應(yīng)力會(huì)在受侵蝕部位積累，由于摩擦表面各點(diǎn)處的溫度及其變化速率不同，受侵蝕部位會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)變量，導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生。

3.1.3 電流對(duì)載流摩擦磨損性能的影響

圖3 C/C-SiC復(fù)合材料在制動(dòng)過程中環(huán)形試樣整

四是監(jiān)測(cè)制度。監(jiān)測(cè)是土地保護(hù)的重要手段，要對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)（省、市、縣）、監(jiān)測(cè)指標(biāo)及頻次、監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)布、預(yù)測(cè)預(yù)警等作出規(guī)定，以維護(hù)監(jiān)測(cè)工作的長(zhǎng)期運(yùn)行。

2 載流摩擦的接觸形式

接觸電阻作為摩擦副接觸導(dǎo)電的一個(gè)重要參數(shù)，是評(píng)價(jià)接觸是否良好的重要依據(jù)，具體表現(xiàn)為接觸電阻的阻值和穩(wěn)定性[64]。相對(duì)于靜態(tài)接觸，摩擦副的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致配副導(dǎo)電質(zhì)量下降。同時(shí)，電流、速度和載荷這些外界條件的影響也會(huì)引起摩擦副載流品質(zhì)的變化。對(duì)電流而言，電流增加，產(chǎn)生電弧的能量和頻率增加，材料的磨損量增加，摩擦副的載流質(zhì)量和載流穩(wěn)定性均有所降低[65-66]。在載流摩擦過程中，伴生電弧雖有導(dǎo)電功能[67]，但與接觸導(dǎo)電相比，載流效率大大降低，同時(shí)電流伴有劇烈的波動(dòng)。郭鳳儀等[68]認(rèn)為電流增大，電弧燒蝕加強(qiáng)，溫度升高使磨粒黏著增強(qiáng)，實(shí)際接觸點(diǎn)減少，接觸電阻增加[69]。另外，由于摩擦副內(nèi)碳潤(rùn)滑劑的存在，使得接觸表面形成潤(rùn)滑膜，接觸電阻增大。而文獻(xiàn)[70-72]分析認(rèn)為在載流摩擦過程中，接觸電阻隨電流的增加呈減小的趨勢(shì)。這是由于電流越大，摩擦熱和焦耳熱產(chǎn)生的高溫使得低熔點(diǎn)材料軟化，接觸面積增大，接觸電阻減小。對(duì)速度而言，速度的提高使摩擦副間接觸狀況不穩(wěn)定，接觸熱、電阻熱和電弧熱使磨損加劇，導(dǎo)電性能較差。XIE等[73]研究了AuAgCu電刷的滑動(dòng)電接觸行為，研究結(jié)果表明，隨著滑動(dòng)速度的升高，摩擦副間振動(dòng)加劇，接觸電阻波動(dòng)增大。陽雪衡[74]分析認(rèn)為，在離子液體L-P106潤(rùn)滑條件下，接觸電阻隨速度的增大而增大，這是因?yàn)?，速度的增加?dǎo)致摩擦副間產(chǎn)熱增多，而產(chǎn)生的熱量未能及時(shí)導(dǎo)出，不斷地積累，使摩擦副接觸區(qū)域溫度升高，從而使接觸電阻增加。對(duì)載荷而言，載荷過小會(huì)導(dǎo)致摩擦副間離線概率變大，由此產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象較嚴(yán)重，電弧燒蝕造成表面粗糙度增加，摩擦副間接觸狀態(tài)變差[75]。隨著載荷的增加，摩擦副間接觸面積增大，接觸電阻減小，電接觸穩(wěn)定性提高。陳忠華等[76]對(duì)波動(dòng)載荷下動(dòng)態(tài)接觸電阻的波動(dòng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)接觸電阻隨載荷波動(dòng)幅度的增大，呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，高溫電弧和接觸溫升的共同作用導(dǎo)致接觸電阻呈現(xiàn)出先減后增的趨勢(shì)。溫度對(duì)載流摩擦副的導(dǎo)電性能也產(chǎn)生影響，劉新龍等[77]分析認(rèn)為高溫環(huán)境下，金屬材料接觸表面損傷加劇，接觸區(qū)域氧化磨屑的不斷生成和堆積是導(dǎo)致接觸電阻波動(dòng)的根本原因。劉興富等[78]在7個(gè)循環(huán)熱真空試驗(yàn)中對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)接觸電阻的波動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，導(dǎo)電滑環(huán)接觸電阻對(duì)溫度變化敏感，如圖8所示(圖中溫度坐標(biāo)的數(shù)據(jù)代表的是7個(gè)循環(huán)熱的溫度)。綜上所述，載流摩擦的導(dǎo)電性能受電流、速度、載荷、溫度等多種因素影響，因此在不同服役條件下，選擇一個(gè)合適的接觸電阻值對(duì)保證電接觸的可靠與穩(wěn)定具有重要意義。

圖4 吊弦微動(dòng)疲勞斷口[30]

3 載流摩擦學(xué)性能特征

運(yùn)行過程中，摩擦接觸系統(tǒng)和電接觸系統(tǒng)相互影響，共同作用。載流摩擦副處于電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合的復(fù)雜環(huán)境中，在這樣的環(huán)境下，載流摩擦副的性能也呈現(xiàn)出耦合特性。干摩擦過程中產(chǎn)生的熱量，直接損傷接觸表面，破壞載流摩擦狀態(tài)，影響摩擦副的導(dǎo)電性能[78-80]。而導(dǎo)電過程中的電弧、電阻熱和氧化等因素對(duì)摩擦副的磨損形式也將產(chǎn)生直接影響[81]。載流摩擦共面接觸的特點(diǎn)決定了壓力、速度等因素不僅直接影響摩擦學(xué)性能，也會(huì)影響載流摩擦副的導(dǎo)電特性；而電壓、電阻等因素不僅直接影響導(dǎo)電性能，也會(huì)對(duì)摩擦副的摩擦學(xué)性能產(chǎn)生影響。雙重反饋?zhàn)饔孟?，載流摩擦副呈現(xiàn)出了復(fù)雜的導(dǎo)電-摩擦特性。因此，載流摩擦系統(tǒng)性能呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非單調(diào)性，各影響因素對(duì)載流摩擦磨損的影響是各因素耦合作用的結(jié)果。

3.1 摩擦磨損性能

3.1.1 速度對(duì)載流摩擦磨損性能的影響

基于穩(wěn)定農(nóng)戶的宅基地占有使用權(quán)、充分保障其在農(nóng)村的基本居住權(quán)，筆者認(rèn)為未來應(yīng)探索建立農(nóng)村宅基地差別化有償使用制度。具體而言，一方面針對(duì)農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織成員，要堅(jiān)持首次申請(qǐng)無償取得、福利分配制度，即延續(xù)當(dāng)前以“一戶一宅”“面積控制”為特征的初次無償分配、永久使用宅基地制度，繼續(xù)發(fā)揮宅基地使用權(quán)的保障功能，但若其宅基地使用面積超過地方規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則需要繳納超額使用費(fèi)。另一方面，城鎮(zhèn)居民或非本集體經(jīng)濟(jì)組織成員因買賣農(nóng)村房屋而使用農(nóng)村宅基地的，可以認(rèn)為買方與房屋所在的集體之間建立了土地租賃關(guān)系，也應(yīng)向集體經(jīng)濟(jì)組織繳納宅基地有償使用費(fèi)。

運(yùn)行速度對(duì)載流摩擦學(xué)性能有一系列復(fù)雜影響。隨著速度增加，摩擦副間的振動(dòng)沖擊加劇，導(dǎo)致產(chǎn)生離線電弧的概率增大。同時(shí)，由于電弧加熱導(dǎo)致材料表面塑性變形抗力喪失，材料表面的摩擦磨損性能下降[33]。李克敏、田磊等人[34-35]發(fā)現(xiàn)，隨著摩擦速度的增大，摩擦副的摩擦因數(shù)和磨損率均逐漸增大。這是由于隨著摩擦速度的提高，摩擦過程中的摩擦熱逐漸增多，由此造成的電弧放電導(dǎo)致接觸面產(chǎn)生燒蝕坑、剝落和氣孔等，材料表面接觸質(zhì)量惡化，接觸面粗糙度增大，摩擦因數(shù)增加；此外，摩擦過程中的摩擦熱和電弧熱使摩擦副溫度升高，材料基體嚴(yán)重軟化，產(chǎn)生黏著，磨損率增大。但也有人得出相反的結(jié)論， BOUCHOUCHA等[36]分析認(rèn)為速度增加，摩擦副間的摩擦熱和焦耳熱使溫度升高，接觸表面形成了氧化膜[37]，摩擦因數(shù)降低。這是因?yàn)?，隨著速度的進(jìn)一步提高，摩擦過程中產(chǎn)生的摩擦熱和焦耳熱導(dǎo)致表面溫度升高，材料發(fā)生熔化、黏著和剝落，摩擦副接觸質(zhì)量反而下降。CHENG和劉思萌等[38-39]認(rèn)為，在油潤(rùn)滑條件下，隨著速度的增加，摩擦生熱使?jié)櫥宛ざ冉档停Σ粮遍g的潤(rùn)滑膜減小了微凸體間的相互作用，降低磨損程度。TYAGI等[40]發(fā)現(xiàn)，鎳基復(fù)合材料在滑動(dòng)摩擦過程中磨屑被壓實(shí)，在磨損表面形成了一層起保護(hù)作用的過渡層，且滑動(dòng)速度越高，產(chǎn)生的摩擦熱越多，過渡層越致密，使摩擦因數(shù)降低；另一方面，在滑動(dòng)界面的過渡層中存在固體潤(rùn)滑劑(Ag和h-BN)，使得摩擦因數(shù)進(jìn)一步降低，如圖5所示。因此，摩擦因數(shù)的變化是致密過渡層和固體潤(rùn)滑劑的共同作用[41]。綜上所述，速度對(duì)載流摩擦性能的影響主要體現(xiàn)在，摩擦副高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械磨損加劇了電氣磨損，惡化了接觸表面的性能，而摩擦副間的潤(rùn)滑效應(yīng)(潤(rùn)滑油和固體潤(rùn)滑劑)有利于改善接觸表面的摩擦性能。

圖5 不同復(fù)合材料摩擦因數(shù)隨速度的變化[40]

3.1.2 載荷對(duì)載流摩擦磨損性能的影響

載荷對(duì)載流摩擦學(xué)性能有重要影響。接觸載荷過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致摩擦副間接觸不良，產(chǎn)生電火花和電弧，造成接觸副材料的燒損[42-43]；接觸載荷過大時(shí)，摩擦副間接觸微凸體增多，剪應(yīng)力增大，摩擦熱、電阻熱和電弧熱[44]使得表面溫度升高，引起材料剝落，產(chǎn)生燒蝕坑，加劇材料的機(jī)械磨損。因此，在載流摩擦過程中，存在最優(yōu)載荷，此時(shí)電弧侵蝕和機(jī)械磨損都大大減少[45-47]。李本君[48]在研究弓網(wǎng)系統(tǒng)的滑動(dòng)載流磨損性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，干摩擦條件下滑板磨損量與載荷呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，磨損形式以磨粒磨損為主；而載流條件下，滑板磨損量與載荷呈“U”形關(guān)系，如圖6所示。這是因?yàn)楫?dāng)載荷小于最佳載荷時(shí)，隨著載荷的增加，電弧侵蝕現(xiàn)象逐漸減弱，磨損率降低[49]；當(dāng)載荷大于最佳載荷時(shí)，黏著磨損和磨粒磨損加劇，磨損率增加。

在小學(xué)階段，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思考能力尤為重要。《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)了要讓學(xué)生“學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，體會(huì)數(shù)學(xué)的基本思想和思維方式”。教師必須在平時(shí)的課堂教學(xué)中，致力于學(xué)生數(shù)學(xué)思考力的培養(yǎng)，切實(shí)提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

圖6 載荷對(duì)摩擦副磨損質(zhì)量損失的影響[48]

黃明吉、陳超等人[50-51]分析認(rèn)為，在脂潤(rùn)滑條件下，隨著載荷的增大，摩擦生熱導(dǎo)致摩擦副間的固體潤(rùn)滑脂黏度下降，使得接觸副間的滑動(dòng)摩擦阻力減小，同時(shí)附著在摩擦副周圍的固體潤(rùn)滑脂及時(shí)進(jìn)入摩擦副，充分潤(rùn)滑，導(dǎo)致摩擦因數(shù)降低最后達(dá)到穩(wěn)定值。丁濤等人[52]也研究了壓力對(duì)不銹鋼/浸金屬碳材料摩擦磨損性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)試樣磨損率和摩擦因數(shù)隨著法向載荷的增大而減小，在160 N之后趨于平緩。推斷認(rèn)為載荷增大，摩擦副間結(jié)合得越來越緊密，放電現(xiàn)象明顯減弱，燃弧率降低，至160 N之后放電現(xiàn)象微乎其微，使得磨損越來越穩(wěn)定。YAU等[53]分析認(rèn)為，隨著滑動(dòng)距離的增大，在滑動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦剪應(yīng)力使接觸區(qū)域的微凸峰被擠壓，摩擦副的接觸面積增加，有效接觸應(yīng)力減小，從而導(dǎo)致磨損率降低[54]。因此，載荷的大小決定了摩擦副的接觸狀態(tài)，在一定條件下，存在最優(yōu)載荷，使磨損率最低。

隨著理論分析的不斷完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，運(yùn)用數(shù)值模擬的方式研究摩擦熱效應(yīng)已成為當(dāng)今的熱點(diǎn)。NITUCA[18]以弓網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了不同接觸材料的線性電接觸模型，可用于分析不同接觸材料在不同電流、接觸力或環(huán)境溫度下的熱行為。毛保全等[19]在對(duì)電磁軌道炮發(fā)射過程進(jìn)行仿真分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，電流速度趨膚效應(yīng)對(duì)軌道與電樞之間的燒蝕起主要作用，且燒蝕主要集中在電樞的尾部。王步康等[20]使用ANSYS研究了摩擦副瞬態(tài)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦起熱過程以及溫度的傳導(dǎo)及其起伏狀態(tài)。CHEN等[21]也對(duì)摩擦副的摩擦生熱情況進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果表明，摩擦表面溫度最高為463.4 ℃，由于電導(dǎo)率的影響，軸向溫度梯度大于徑向溫度梯度；摩擦表面溫度隨半徑變化，由中心向周圍先升高后降低，這是因?yàn)闊崃髅芏入S半徑的增大而增大，當(dāng)半徑達(dá)到最大時(shí)產(chǎn)生巨大的熱對(duì)流，如圖3所示。聶昕等人[22]以DP780材料為研究對(duì)象，采用ABAQUS模擬研究摩擦熱對(duì)金屬變形過程的影響，研究發(fā)現(xiàn)，摩擦熱對(duì)金屬塑性存在明顯的影響，導(dǎo)致摩擦副的應(yīng)力呈現(xiàn)波動(dòng)式變化。李文全、許潘等人[23-24]對(duì)弓網(wǎng)接觸區(qū)的溫度變化進(jìn)行了仿真模擬，并提出弓網(wǎng)接觸區(qū)溫度與列車速度、弓網(wǎng)電流和環(huán)境溫度等眾多因素有關(guān)，還需進(jìn)行更深入的認(rèn)識(shí)和研究。

陳少平：2019年，廣東墾區(qū)上下將全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中全會(huì)精神，以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入貫徹習(xí)近平總書記對(duì)農(nóng)墾和廣東重要講話精神，高舉新時(shí)代改革開放旗幟，抓住粵港澳大灣區(qū)建設(shè)這一大機(jī)遇、大文章，立足農(nóng)墾定位，發(fā)揮墾區(qū)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)推進(jìn)“走出去”發(fā)展，讓廣東農(nóng)墾的發(fā)展搭上新一輪改革發(fā)展的快車，為實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、質(zhì)量興農(nóng)戰(zhàn)略、健康中國(guó)戰(zhàn)略做出廣墾貢獻(xiàn)。

電流是影響載流摩擦磨損的重要因素。在摩擦副運(yùn)行過程中，電流的加入進(jìn)一步惡化了摩擦副運(yùn)行條件，導(dǎo)致摩擦副的摩擦磨損特性相比普通摩擦副更為復(fù)雜。馬振華、秦紅玲等[55-56]分析認(rèn)為，載流摩擦的磨損率和摩擦因數(shù)明顯高于無載流狀態(tài)，這是因?yàn)樵陔娏髯饔孟履Σ翢?、電弧熱和焦耳熱增加了?dǎo)電斑點(diǎn)的溫度，溫度升高使導(dǎo)電斑點(diǎn)附近材料軟化甚至熔化，產(chǎn)生更多的導(dǎo)電斑點(diǎn)，并使基材發(fā)生斷裂和脫落，磨損率和摩擦因數(shù)增大。對(duì)于鉻青銅/黃銅摩擦副，隨著電流密度的增大，電弧熱使表面塑性變形抗力降低，微凸峰間的剪切抗力下降，摩擦副的摩擦因數(shù)逐漸減小并趨于平穩(wěn)。同時(shí)，電弧燒蝕加劇導(dǎo)致磨損率逐漸增加[57]。GRANDIN和WIKLUND[58]的研究結(jié)果表明，由 Ti-Ni-C涂層導(dǎo)線與銀石墨滑環(huán)構(gòu)成的摩擦副，載流摩擦?xí)r銀石墨滑環(huán)的磨損率高于純機(jī)械摩擦?xí)r的磨損率。分析認(rèn)為，加載電流導(dǎo)致摩擦副間產(chǎn)生電弧，電弧抑制了摩擦膜的形成，加劇了材料的磨損。JIA等[59]和DING等[60]也指出磨損率與電流呈線性增加關(guān)系，如圖7所示[61]。這是因?yàn)殡娏髟黾樱瑹崮p和電弧燒蝕嚴(yán)重，惡化了摩擦副表面的接觸狀態(tài)，材料磨損量顯著增加。而ZHENG等[62]認(rèn)為在通電條件下，通過單個(gè)接觸點(diǎn)的電流密度高于平均值幾倍，這就產(chǎn)生了更多的焦耳熱；另一方面，摩擦力導(dǎo)致摩擦界面在高速下產(chǎn)生摩擦熱，電阻熱和摩擦熱的共同作用導(dǎo)致溫度上升，表面形成氧化膜，氧化膜的作用導(dǎo)致摩擦力較低。在重復(fù)的滑動(dòng)摩擦過程中，裂紋形成，氧化膜斷裂并脫落，導(dǎo)致摩擦力增大[63]。因此，電流的加入對(duì)摩擦副的摩擦磨損性能有十分重要的影響。隨著電流的增加，摩擦副間溫度升高，黏著磨損、磨粒磨損和電弧燒蝕加劇，材料表面接觸狀況變差，摩擦磨損性能下降。

圖7 不同載荷和電流條件下材料磨損率[61]

3.2 導(dǎo)電性能

載流摩擦的接觸形式包括滾動(dòng)、滑動(dòng)和微動(dòng)?，F(xiàn)有的滑動(dòng)載流摩擦副在使用過程中溫升較大，最高達(dá)300 ℃[25]；另外燃弧率高，伴有火焰狀的電弧產(chǎn)生[26]，摩擦副表面出現(xiàn)犁溝、剝落和燒蝕坑等磨損形貌，材料表面磨損嚴(yán)重。滾動(dòng)摩擦副與滑動(dòng)摩擦副相比具有先天的優(yōu)勢(shì)，滾動(dòng)載流摩擦摩擦因數(shù)小[27]，材料表面出現(xiàn)微量磨粒磨損和黏著磨損[28]，材料損耗低，摩擦副表面質(zhì)量較滑動(dòng)摩擦顯著提高。微動(dòng)磨損普遍存在于航空航天、鐵路運(yùn)輸和通信工程等領(lǐng)域，是關(guān)鍵部件失效的主要原因之一[29]。微動(dòng)摩擦磨損不僅會(huì)引起構(gòu)件咬合、松動(dòng)或形成污染源，同時(shí)也可能加速裂紋的萌生和擴(kuò)展，甚至斷裂，導(dǎo)致構(gòu)件的疲勞壽命大大降低，如圖4所示[30]。微動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)可分為部分滑移區(qū)、混合區(qū)和完全滑移區(qū)，且不同區(qū)域下材料的磨損機(jī)制存在區(qū)別[31]。

圖8 接觸電阻波動(dòng)[78]

3.3 載流/摩擦性能耦合

載流摩擦不僅包括摩擦學(xué)行為本身，還包括電流傳導(dǎo)作用下的耦合行為[32]。與常規(guī)機(jī)械滑動(dòng)摩擦相比，載流摩擦由于電流的加入而變得十分特殊，除了壓力載荷、速度以及接觸材料的粗糙度等常規(guī)機(jī)械滑動(dòng)摩擦的影響因素之外，接觸電流以及摩擦過程中產(chǎn)生的電弧等也是載流摩擦中的重要影響因素。

3.4 載流/摩擦性能失效

在摩擦副可靠接觸階段，摩擦磨損性能和電性能在平均值上下做低幅隨機(jī)波動(dòng)，當(dāng)接觸臨近失效時(shí)，摩擦磨損性能和電性能會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化。在大電流條件下，付文明等[82]研究發(fā)現(xiàn)摩擦因數(shù)隨電流的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，電流越大，摩擦副間的電弧放電越強(qiáng)，使接觸表面溫度升高，表面粗糙度增大，摩擦因數(shù)增加。當(dāng)電流增至500 A時(shí)，電弧熱和焦耳熱的共同作用使碳滑塊的溫度急劇上升，接觸斑點(diǎn)瞬間熔融汽化使摩擦阻力變小。另外碳滑塊在高溫下呈熱脆性，接觸點(diǎn)的抗剪切力變小，使摩擦因數(shù)變小。對(duì)于由二硫化鉬增強(qiáng)銅基復(fù)合材料構(gòu)成的摩擦副，當(dāng)外加電流強(qiáng)度為60 A 時(shí)，材料的摩擦磨損性能最佳，但當(dāng)電流強(qiáng)度超出這一臨界值時(shí)，大電流引發(fā)的電阻熱會(huì)破壞其自潤(rùn)滑性能，進(jìn)而加速其磨損失效[83]。ARGIBAY等[84]也研究了大電流密度下的滑動(dòng)電接觸磨損性能，研究結(jié)果表明，在電流密度為180 A/cm2的條件下，接觸電阻約為10 mΩ，摩擦因數(shù)為0.3，磨損率達(dá)4×10-5mm/km，摩擦因數(shù)和磨損率均呈現(xiàn)大幅度的增大，如圖9所示。

國(guó)網(wǎng)電力調(diào)控自動(dòng)化機(jī)房中的布線工作是較為復(fù)雜的工作，并且有很多的線路都是在地下或者是建筑物頂端位置，所以，布線的工作難度也是相對(duì)較大的。在實(shí)際施工過程中，還會(huì)有很多的突發(fā)事情，比如線路長(zhǎng)度的差異，機(jī)房中線路布置出來的美觀性等諸多方面的問題，都會(huì)影響到布線的實(shí)際施工。目前，我國(guó)有很多供電企業(yè)在機(jī)房布線方面都是存在很大問題的。因此，在實(shí)際國(guó)網(wǎng)電力自動(dòng)化機(jī)房布線工作當(dāng)中，必須要在前期的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理具有實(shí)用性的布線線路，還需要保證線路的使用效率，以及后期的線路維護(hù)、管理等問題，只有這樣才能在一定程度上提高國(guó)網(wǎng)電力自動(dòng)化機(jī)房的安全性和效率性，從而去實(shí)現(xiàn)機(jī)房所帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

圖9 大電流密度下銅鈹纖維刷的摩擦因數(shù)、接觸電阻和線性磨損率曲線[84]

在高速條件下，趙燕霞等[85]研究表明：離線率隨速度的增大近乎呈線性增大；滑動(dòng)速度較高時(shí)，載流效率迅速降低，載流穩(wěn)定性升高，載流質(zhì)量急劇下降?；瑒?dòng)速度增加，導(dǎo)致摩擦副間導(dǎo)電斑點(diǎn)形成與破壞的過程加快，從而造成電流傳輸?shù)牟环€(wěn)定，導(dǎo)致電弧發(fā)生的概率增加、電弧能量增大，磨損表面嚴(yán)重粗糙化，接觸狀態(tài)變差。ZHANG等[32]研究了幾種材料在高速大電流條件下的摩擦電性能，研究表明高滑動(dòng)速度和大電流會(huì)惡化摩擦和導(dǎo)電性能，而適當(dāng)?shù)慕佑|壓力有利于改善電接觸性能。當(dāng)摩擦副處于穩(wěn)定磨損階段時(shí)，摩擦副間的微凸峰不斷形成與破壞，處于彈性接觸狀態(tài)。接觸壓力過小時(shí)，接觸斑點(diǎn)發(fā)生彈塑性形變概率較小，接觸面間相互接觸的微凸體數(shù)量降低，導(dǎo)致實(shí)際接觸面積減小，離線率升高，燃弧率增加。接觸表面在高溫作用下，在局部形成較尖銳的微凸體和燒蝕坑[86]，使得接觸質(zhì)量變差，導(dǎo)電性能惡化。隨著接觸壓力波動(dòng)幅度增大，摩擦副間的振動(dòng)磨損加劇，接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，使得接觸電阻增大超過臨界值，導(dǎo)致接觸失效[87]。陳忠華等[88]分析認(rèn)為，對(duì)于浸金屬碳滑板與銅導(dǎo)線對(duì)摩副，隨著壓力波動(dòng)幅度的增大，摩擦副接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，離線率增加，較大的剪切力嚴(yán)重破壞接觸表面的潤(rùn)滑膜，接觸表面變得粗糙不平，接觸電阻增大超過臨界值，接觸失效。鳳儀等人[89]在研究碳納米管-銀-石墨復(fù)合材料的摩擦磨損性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，在外加載荷的作用下，由于物理吸附和化學(xué)吸附作用，導(dǎo)致摩擦副間形成一層潤(rùn)滑膜(90%碳和10%水)。過大的壓力破壞了摩擦副間形成的潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致金屬-金屬接觸，產(chǎn)生嚴(yán)重的犁溝和黏著磨損，使復(fù)合材料的電磨損體積急劇增大。綜上所述，載流摩擦副服役過程中，摩擦副間的性能失效是接觸壓力載荷、接觸電流和滑動(dòng)速度綜合作用的結(jié)果[90]，同時(shí)載流/摩擦性能失效也體現(xiàn)了摩擦磨損性能和導(dǎo)電性能的耦合特性。

孔子一生，仕止久速，造次顛沛，纂修刪述，盛德大業(yè)，靡一不具《論語》；及門弟子德性氣質(zhì)、學(xué)問造詣、淺深高下、進(jìn)止得喪，靡一不具《論語》。《論語》多記言，少記事。知孔子之言者，即知孔子之事。知及門弟子之言者，即知及門弟子之事矣。[注] 朱彝尊撰，林慶彰、蔣秋華、楊晉龍、馮曉庭主編：《經(jīng)義考新?！?，上海：上海古籍出版社，2011年，第3851-3852頁。

3.5 伴生電弧及影響

摩擦產(chǎn)熱是互相接觸的金屬在相互滑動(dòng)時(shí)不可避免的現(xiàn)象。在相對(duì)滑動(dòng)及外載荷的共同作用下，會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱、焦耳熱以及電弧熱，這些熱量會(huì)使摩擦副潤(rùn)滑失效，甚至發(fā)生膠合破壞[12-13]。秦襄培和陳漢新[14]采用銷盤試驗(yàn)機(jī)分析了摩擦熱對(duì)UHMWPE/鋼摩擦副磨損機(jī)制的影響，結(jié)果表明，較高的摩擦熱會(huì)使得摩擦副局部接觸表面的溫度超過材料的熔點(diǎn)，導(dǎo)致摩擦副失效。SENOUCI 等[15]對(duì)有無電流的磨損情況進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)電流的加入及其引起的電弧熱加劇材料磨損。王成彪等[16]將摩擦表面的熱效應(yīng)分為3個(gè)區(qū)：弱熱效應(yīng)區(qū)、熱效應(yīng)區(qū)和強(qiáng)熱效應(yīng)區(qū)，并指出強(qiáng)熱效應(yīng)區(qū)材料磨損較為嚴(yán)重。張玉燕等[17]對(duì)高速大載流條件下電樞表面瞬態(tài)溫度場(chǎng)的特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在高速滑動(dòng)電接觸中，摩擦熱和接觸電阻熱的耦合溫升高于單純的摩擦熱溫升，且存在一個(gè)合適的接觸壓力使耦合溫升最小。

圖10 電弧燒蝕坑[95](a)和材料熔化[96](b)現(xiàn)象

摩擦副處于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，原本互相接觸的微凸峰之間間隙變大，游離態(tài)電弧沿相對(duì)滑動(dòng)方向發(fā)生彎曲、變形，形成了電弧的遷移特性[100]。不同電弧之間會(huì)發(fā)生交叉和重疊，最終通過復(fù)合、附著或擴(kuò)散的方式消失。電弧的遷移特性導(dǎo)致試樣表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)明顯的侵蝕坑，侵蝕坑深度達(dá)到100 μm，如圖11和圖12所示[100]。電弧對(duì)摩擦副表面的侵蝕也導(dǎo)致電壓與電阻的波動(dòng)，是導(dǎo)電性能惡化的主要原因[101]。電弧瞬時(shí)的導(dǎo)電性會(huì)對(duì)原有電流產(chǎn)生干擾，顯著影響動(dòng)力輸出及輸出功率的穩(wěn)定性，造成傳導(dǎo)電流波形異常[102]；與此同時(shí)，電弧放電還會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲。因此，電弧的存在不但會(huì)加劇摩擦副的機(jī)械磨損，也會(huì)導(dǎo)致摩擦副的導(dǎo)電性能惡化。

圖11 電弧遷移特性示意[100]

圖12 電弧遷移對(duì)純碳滑板表面形貌的影響[100]

4 載流摩擦副損傷機(jī)制

在載流條件下，機(jī)械能和電能的耦合將產(chǎn)生更為復(fù)雜的材料損傷機(jī)制。載流摩擦副在工作過程中要進(jìn)行電能傳輸，因而在摩擦過程中除了產(chǎn)生機(jī)械磨損外還會(huì)產(chǎn)生電氣損傷(電氣磨損主要形式是電弧燒蝕)，兩者相互影響、相互作用，形成機(jī)械磨損和電氣磨損相互耦合的復(fù)合磨損機(jī)制。

4.1 服役工況依賴性

服役條件對(duì)載流摩擦副的損傷形式產(chǎn)生重要影響。摩擦副在黏著和剪切的過程中受材料屈服強(qiáng)度、表面粗糙度、摩擦副表面溫度、速度和電流等多方面因素的影響，材料表面會(huì)發(fā)生磨粒磨損、氧化磨損和電弧燒蝕等磨損機(jī)制。

在高速和大電流的實(shí)際工況中，摩擦副接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生摩擦熱量聚集和瞬時(shí)高溫，導(dǎo)致摩擦副潤(rùn)滑失效，壽命降低。此外，摩擦副的環(huán)境溫度和局部瞬時(shí)溫度相差較大，且具有迭加效應(yīng)，導(dǎo)致摩擦副失效模式不明確。因此，建立合適的溫度場(chǎng)模型有利于各類失效模式的分析，提高摩擦副的壽命和可靠性。

摩擦副間滑動(dòng)速度的增加會(huì)導(dǎo)致材料磨損加重，接觸面的表面粗糙度增大，摩擦副間接觸惡化，燃弧率增大。速度進(jìn)一步升高，引起的高溫使摩擦副間剪切強(qiáng)度降低，造成摩擦副處于不平穩(wěn)的接觸狀態(tài)，甚至出現(xiàn)短暫的分離，更易出現(xiàn)電弧。林杰等人[103]在研究轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦副磨損性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，摩擦因數(shù)增大，材料表面出現(xiàn)裂紋和剝落凹坑，如圖13所示。對(duì)接觸副施加低載荷，此時(shí)接觸條件較差，摩擦副間容易發(fā)生跳動(dòng)產(chǎn)生離線電弧，放電現(xiàn)象明顯，電氣磨損量大，氧化磨損和電弧燒蝕嚴(yán)重[104]，同時(shí)伴隨磨粒磨損和黏著磨損[105]；高載荷下，摩擦副表面在摩擦力的作用下發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，磨損情況愈加嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為犁溝磨損和剝層磨損[106]。這是由于在磨粒磨損中，磨?；瑒?dòng)會(huì)引起磨損面產(chǎn)生犁溝或塑性變形，載荷大到一定程度時(shí)，塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)萌生裂紋，在磨粒的拉動(dòng)下，裂紋將發(fā)生擴(kuò)展，如果磨損組織脆性大，會(huì)發(fā)生脆性斷裂。朱祿發(fā)[107]分析認(rèn)為，海水的腐蝕易使摩擦副產(chǎn)生粗糙、疏松的腐蝕產(chǎn)物，形成的腐蝕產(chǎn)物會(huì)刮傷摩擦副表面，導(dǎo)致磨損面出現(xiàn)黏著磨損和黏著剝離。因此，高載荷下摩擦副主要磨損機(jī)制為剝層磨損，同時(shí)還伴有犁溝磨損[108]。電流對(duì)接觸副的摩擦磨損機(jī)制也有影響，電流的增加和電弧放電使接觸表面溫度升高，材料軟化，主要磨損機(jī)制是黏著磨損、磨粒磨損和電蝕磨損[59,109]。劉軍濤[65]分析認(rèn)為，當(dāng)電流較大時(shí)，材料表面會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的電弧侵蝕，電弧飛濺產(chǎn)生的“第三體”顆粒，會(huì)加重磨粒磨損。SUN等[110]對(duì)發(fā)現(xiàn)，在干燥氮?dú)鈼l件下，由于高定向熱解石墨的磨屑垂直于滑動(dòng)方向均勻分布，導(dǎo)致摩擦表面呈“山脊?fàn)睢焙汀皽喜蹱睢?，這是磨粒磨損的典型特征。隨著電流密度的增加，溝槽變深，磨粒磨損加劇。綜上所述，不同工況對(duì)摩擦副的接觸狀態(tài)影響顯著，且在不同服役條件下出現(xiàn)了黏著磨損、磨粒磨損、氧化磨損、電弧燒蝕和疲勞磨損等不同的磨損機(jī)制。

4.2 多種損傷并存

載流摩擦過程中，材料的損傷形式不僅包括了干摩擦材料損傷的一般形式，如黏著、犁溝、塑性變形等，因其有電能傳遞的過程，使接觸面溫度升高，導(dǎo)致摩擦副發(fā)生氧化和塑性變形，因此載流摩擦還包括電弧侵蝕、熔融和噴濺等電氣磨損形式，使磨損表面嚴(yán)重粗糙化。載流摩擦的磨損方式主要可以分為機(jī)械磨損、電氣磨損、化學(xué)磨損和耦合磨損。機(jī)械磨損的主要形式包括塑性變形、磨粒磨損、黏著磨損等，如圖14所示[111]。黏著磨損主要是因?yàn)槟Σ粮苯佑|表面間的固體焊合或局部因?yàn)轲ぶ?yīng)形成的黏著結(jié)點(diǎn)，在高溫和剪應(yīng)力作用下發(fā)生剪切斷裂。當(dāng)界面存在固體潤(rùn)滑劑時(shí)，潤(rùn)滑膜剝落使摩擦副出現(xiàn)磨粒磨損和塑性變形。電氣磨損主要形式包括噴濺、熔融、蒸發(fā)、氣化及由電弧造成的氧化等，具體的形式取決于材料的性能。對(duì)于低熔點(diǎn)材料(如銅)一般會(huì)發(fā)生噴濺和熔融，而對(duì)于高熔點(diǎn)材料(如含碳復(fù)合材料)，材料通常會(huì)被蒸發(fā)和氣化，摩擦表面產(chǎn)生孔洞和氧化膜，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂紋[112]?；瘜W(xué)磨損主要是高溫條件下的氧化造成的，在腐蝕環(huán)境下也包括化學(xué)腐蝕磨損。載流摩擦過程中，材料表面的損傷行為是多種磨損機(jī)制共同作用的結(jié)果[113]。

圖14 磨粒磨損 (a)、黏著磨損 (b)和疲勞磨損(c)[111]

5 載流摩擦材料在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

載流摩擦副材料要求具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、減摩耐磨性能、抗熔焊性和潤(rùn)滑性能等[114]。由于載流摩擦材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，服役條件多樣，且不同工況下的最優(yōu)配副也不同，因此，材料種類較多。在高低壓輸電領(lǐng)域，觸頭材料主要包括銀基電接觸材料和銅基電接觸材料，其中銀基和銅基的復(fù)合材料主要有銀氧化銅、銀氧化鎘、銀鎳、銀石墨、銅石墨、銅鉻等。除了常用的銀基和銅基觸頭，金屬-難熔金屬材料由于具有很高的抗熔焊和抗電弧燒損能力，主要用于制造大電流斷路觸頭[115]，比如鎢滲銅復(fù)合材料和鉬滲銅復(fù)合材料[116]。

實(shí)踐能力培養(yǎng)是國(guó)際貿(mào)易專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的客觀要求，也是嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)的要求。近兩年，隨著就業(yè)壓力的不斷增大，國(guó)際貿(mào)易專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)壓力也在不斷增加，2009年，在“麥可思”公司發(fā)布的一份中國(guó)大學(xué)生就業(yè)報(bào)告中，要求對(duì)畢業(yè)生失業(yè)人數(shù)連續(xù)三年都很高的專業(yè)亮“紅牌”，并建議政府和高校對(duì)這些專業(yè)減少招生，這其中就有國(guó)際貿(mào)易專業(yè)。另外，由于新的電子貿(mào)易方式的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的單一型外貿(mào)人員已經(jīng)不能適應(yīng)對(duì)外貿(mào)易的業(yè)務(wù)要求，這也要求要不斷提高從業(yè)人員的綜合素質(zhì)，以適應(yīng)實(shí)際崗位的需求。

對(duì)于弓網(wǎng)系統(tǒng)，接觸線主要有純銅接觸線、銅合金接觸線、鋁合金接觸線和復(fù)合接觸線4大類，由于銅合金接觸線具有高溫強(qiáng)度高、耐磨性好和相對(duì)導(dǎo)電率下降不大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。受電弓滑板的材料包括純金屬材料、純碳材料、粉末冶金材料、浸金屬碳材料以及碳纖維復(fù)合材料[117]。由于金屬滑板對(duì)接觸線磨耗大，逐漸被淘汰，當(dāng)前我國(guó)所使用的受電弓滑板多以浸金屬碳滑板為主。浸金屬碳材料具有較好的電學(xué)性能和耐磨性能，但抗沖擊力較低，而碳纖維材料具有高比強(qiáng)度、耐熱和耐磨等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了浸金屬碳材料的不足，在摩擦材料中應(yīng)用廣泛。此外，有研究者認(rèn)為在自潤(rùn)滑材料中加入其他固體潤(rùn)滑劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生協(xié)同潤(rùn)滑效應(yīng)，其潤(rùn)滑性能得到較大提升[118]。新材料方面，鈦硅碳(Ti3SiC2)系導(dǎo)電陶瓷材料性能優(yōu)于常規(guī)的碳基滑板材料和金屬基粉末冶金滑板材料，對(duì)于解決高速列車的電弧侵蝕問題具有重要意義，但成本較高，尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

在納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，對(duì)于摩擦納米發(fā)電機(jī)，其選用的材料多為纖維素納米纖維、紙/纖維素、錦綸織物和滌綸織物等具有可再生性和可生物降解性的無毒材料[119]，這些材料相較于金屬、塑料、有機(jī)薄膜等，制作電極的成本低，因此應(yīng)用廣泛。對(duì)于壓電納米發(fā)電機(jī)，壓電材料通常分為3類：壓電陶瓷、壓電聚合物和壓電復(fù)合材料，其中壓電復(fù)合材料(比如軸向壓電納米復(fù)合材料)同時(shí)具備了壓電材料的壓電性能和聚合物的柔韌性[120]，是壓電納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在航天領(lǐng)域，導(dǎo)電環(huán)材料分為貴金屬及其合金和電鍍貴金屬及其合金的復(fù)合材料(基底多為銅合金)2類。由于貴金屬電鍍接觸材料硬度高、摩擦因數(shù)小、電噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工程應(yīng)用中發(fā)展迅速。電刷材料中較常用的有纖維合金絲(簇)，如AuNi9、AuNiGd等，以及銀石墨和銀碳纖維塊狀材料(電刷一般加工成柱狀)[121]。銀基電刷材料中，AgTaMoS2G具有優(yōu)良的電性能、機(jī)械性能和摩擦磨損性能，是航空航天工業(yè)中較常見的電接觸材料。

綜上所述，載流摩擦材料性能各異，種類繁多。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)材料的性能合理選擇相匹配的摩擦副材料，延長(zhǎng)摩擦副使用壽命。

6 結(jié)論與展望

載流摩擦磨損作為機(jī)械、摩擦、電氣、化學(xué)和熱傳導(dǎo)等多種因素綜合作用的結(jié)果，是極其復(fù)雜的磨損過程。而隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，載流摩擦副的服役工況日益苛刻和惡劣，對(duì)載流摩擦副材料的要求也在不斷提升，迫切需要對(duì)載流摩擦的磨損機(jī)制和影響因素進(jìn)行深入探索。本文作者認(rèn)為應(yīng)主要在以下幾個(gè)層面加強(qiáng)研究。

溫氏股份在投資者互動(dòng)中表示，公司2019年商品肉豬出欄量預(yù)計(jì)約2500萬頭，2020年的出欄量預(yù)計(jì)是2900萬頭。公司仍會(huì)按照自己的既定計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。未來是否對(duì)部分受非洲豬瘟影響嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行調(diào)整，需要進(jìn)一步的調(diào)研和論證分析再做決定。

(1)隨著航空航天和深海技術(shù)的不斷發(fā)展，載流摩擦副材料的工作環(huán)境更加惡劣，摩擦磨損行為也將更加復(fù)雜。因此后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)接觸副材料在多環(huán)境下、多因素耦合作用下的摩擦磨損行為和失效機(jī)制研究。

(2)現(xiàn)代科技工業(yè)的發(fā)展對(duì)載流摩擦副的服役條件要求越來越苛刻，摩擦副往往處于多場(chǎng)耦合條件下，對(duì)試驗(yàn)研究帶來一定難度。因此應(yīng)將現(xiàn)代計(jì)算模擬手段與磨損試驗(yàn)結(jié)合起來，開展多因素耦合條件下的摩擦磨損理論研究。

(3)現(xiàn)有對(duì)載流磨損機(jī)制的研究基本依賴于傳統(tǒng)的微觀表征手段，導(dǎo)致載流摩擦現(xiàn)象和作用機(jī)制研究不透徹。因此，今后應(yīng)特別重視微觀表征儀器設(shè)備的研制和開發(fā)。

(4)在材料研制方面，為了克服傳統(tǒng)材料的性能缺陷，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)新型復(fù)合材料的研發(fā)。根據(jù)具體的工作條件和特殊的性能要求(減摩抑弧)，有針對(duì)性地研發(fā)新型復(fù)合材料。