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文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言粉末冶金摩擦材料是以粉末冶金技术为基础，结合机械加工技术而发展起来的一种新型摩擦材料，由于其具有材料组成多样化、性能可设计性强、制造工艺成熟等优点，近年来已经成为研究的热点。
但由于粉末冶金材料具有高强度、高硬度、低密度、耐高温以及优异的减摩性能等优点，使其在摩擦副中的应用受到限制，主要表现为在高速重载的条件下容易产生磨损和高温等问题。
由于粉末冶金材料具有制造工艺简单、生产成本低、易于实现自动化等优点，使得其在摩擦副中的应用越来越广泛。目前，粉末冶金摩擦材料主要分为摩擦磨损材料和润滑组元两大类。
C/hBN润滑组元在粉末冶金摩擦材料中，添加润滑组元可改变摩擦材料的润滑性能，改善摩擦材料的摩擦磨损行为，提高材料的耐磨性。目前，常见的润滑组元主要有石墨、碳纳米管、石墨烯等。
石墨是一种多孔碳，在摩擦材料中作为润滑剂可以有效降低磨损率。碳纳米管是一种纳米级的石墨棒，在摩擦过程中可以产生大量的摩擦力，具有很强的自润滑性。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化形成的二维晶体结构的纳米材料，具有很强的导电性、导热性以及高强度等特性，被广泛应用于超级电容器、电致发光器件、太阳能电池等领域。石墨/碳纳米管润滑组元。
石墨和碳纳米管都属于碳基材料，都具有良好的润滑性能，但其润滑机理有所不同。石墨属于固体润滑材料，在摩擦过程中通过对固体润滑膜产生的摩擦力进行有效补充来降低摩擦磨损；
碳纳米管是一种无机物，在摩擦过程中主要起到承载和转移摩擦磨损过程中产生的热量和固体润滑剂等作用。因此，碳/碳纳米管润滑组元具有更好的热稳定性和抗高温性能。
石墨烯具有独特的二维结构以及优异的力学性能、导电性和导热性等特点，其在摩擦材料中作为润滑剂可以显著降低摩擦磨损率。石墨烯是一种二维晶体材料，其层间距在1.34~1.48nm之间，具有超高的热导率和导电性。
石墨/碳纳米管润滑组元在摩擦过程中通过对固体润滑膜产生的热量和固体润滑剂等进行有效补充来降低摩擦磨损率。
碳纳米管能够显著改善石墨/碳纳米管润滑组元的热稳定性和抗高温性能。因此，碳纳米管可以作为一种优良的润滑剂添加到摩擦材料中，从而改善摩擦材料的综合性能，提高摩擦材料的耐磨性。
hBN是一种具有特殊结构的六方氮化硼晶体，是一种由硼原子和氮原子以共价键相连组成的特殊结构。
hBN具有极高的硬度、韧性和耐磨性，且耐腐蚀性较好。由于hBN特殊的结构和优异的性能，被广泛应用于各种高端零部件上。然而，由于hBN的硬度较高，在摩擦过程中易发生剧烈摩擦磨损，在摩擦材料中添加适量的hBN可以降低摩擦磨损率，提高材料的耐磨性。
C/hBN润滑组元的特点（1）hBN具有高的硬度和强度，其在基体中的分布状态对摩擦材料的性能影响很大，通过改变hBN分布状态可以明显地改善材料的硬度和强度。
（2）hBN可以改善粉末冶金摩擦材料的强度和硬度，因为在粉末冶金摩擦材料中，hBN具有很高的密度、硬度和弹性模量。
（3）hBN具有良好的热稳定性，可以通过添加碳来提高其热稳定性。在使用温度较高时，添加碳能提高粉末冶金摩擦材料的硬度和强度，但当使用温度降低时，添加碳对粉末冶金摩擦材料的硬度和强度没有明显影响。
（4）hBN可以改善粉末冶金摩擦材料的耐磨性能。因为在粉末冶金摩擦材料中添加了碳化物形成元素，在一定程度上能改善粉末冶金摩擦材料的耐磨性能。
（5）hBN可以作为一种非常有效的润滑剂，因为hBN可以很好地渗透到摩擦副中，起到润滑作用。
（7）hBN具有非常好的减摩效果，这是因为hBN具有很好的减摩特性，其减摩特性是由其密度决定的，而碳元素具有很好的减摩作用，可以在一定程度上降低粉末冶金摩擦材料温度。
在粉末冶金摩擦材料中加入碳化物形成元素后，由于其与金属间存在强烈相互作用，使得碳可以与金属或非金属形成复杂化合物而具有很强的耐腐蚀性。
C/hBN润滑组元在铜基粉末冶金摩擦中的作用铜基粉末冶金摩擦材料的性能主要是由其组成的摩擦副决定的，在使用过程中，摩擦副表面会形成一层润滑膜，避免磨损和粘着，降低摩擦系数。
目前常用的铜基粉末冶金摩擦材料制备工艺主要包括热压、热锻和冷等静压等，这些方法在制备过程中都会对材料产生一定的影响。例如热锻工艺会使材料的硬度增大、耐磨性提高、冲击韧性下降；热锻工艺会使材料的抗拉强度降低、塑性下降。
在铜基粉末冶金摩擦材料中，碳/hBN作为润滑剂，能有效减少摩擦副之间的摩擦力。当使用不同比例的碳/hBN润滑剂时，铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数有明显差别，这主要是因为碳/hBN润滑剂在滑动过程中所起到的润滑作用不同。
如图5所示，当使用含不同比例碳/hBN润滑剂时，随着碳氮比的增大，材料的硬度和抗拉强度都逐渐降低。这是因为随着碳氮比的增大，碳氮比能提供更大的粘滞力和更小的摩擦力。碳/hBN润滑剂对摩擦副之间摩擦力的影响机理可总结如下：
（1）碳/hBN润滑剂能增大摩擦副之间摩擦力，当摩擦系数达到一定值时，润滑膜会在一定程度上破坏。随着碳/hBN润滑组元含量增大，材料所受阻力逐渐增加；
（2）当碳/hBN润滑剂含量较低时，摩擦力随着碳氮比增加而增加；
（3）碳/hBN润滑组元含量越大，材料的硬度越高、抗拉强度越低。由于碳氮比增加后所产生的摩擦力和摩擦热也增加。
因此在选择铜基粉末冶金摩擦材料时，应根据使用工况要求、材料性能要求及经济性等综合考虑。
磨损表面形貌分析本文选取了3种不同含量的C/hBN润滑组元，制备出具有不同摩擦系数的铜基粉末冶金摩擦材料，采用光学显微镜观察其摩擦表面形貌，并利用EDS能谱仪对磨损表面进行成分分析。
随着hBN含量的增加，铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数逐渐降低，3种不同含量的hBN润滑组元在摩擦过程中对铜基粉末冶金材料的磨损表面形貌没有明显影响。
在磨损过程中，由于hBN润滑组元中的C/hBN和Cu粉发生反应生成Cu2C，在hBN颗粒与Cu粉之间形成一层致密的润滑膜，减少了铜基粉末冶金摩擦材料摩擦过程中的磨屑对磨损表面的磨削作用。
使铜基粉末冶金摩擦材料在干摩擦状态下减少了磨损表面形貌中磨损坑数量；同时hBN润滑组元可以显著提高铜基粉末冶金摩擦材料在湿摩擦状态下的摩擦系数，进而减少了磨损表面形貌中颗粒剥落造成的磨屑对磨损表面形貌的磨削作用。
由对比可知，随着hBN含量的增加，铜基粉末冶金摩擦材料的耐磨损性逐渐提高，这是因为在湿摩擦状态下，由于hBN润滑组元与Cu粉之间形成一层润滑膜，减少了磨屑对磨损表面形貌的磨削作用，降低了磨损表面形貌中颗粒剥落造成的磨屑对磨损表面形貌的磨削作用；
同时随着hBN含量的增加，铜基粉末冶金摩擦材料在干摩擦状态下的耐磨性逐渐提高是因为hBN润滑组元中C/hBN和Cu粉之间形成了一层致密润滑膜，减少了磨屑对磨损表面形貌的磨削作用。
由对比可知，在干摩擦状态下，由于hBN润滑组元与Cu粉之间形成致密润滑膜，使得铜基粉末冶金摩擦材料的磨损表面形貌中磨损坑数量显著减少，磨损表面形貌中磨损坑的尺寸显著减小，从而使铜基粉末冶金摩擦材料的耐磨性提高。
应用前景及发展趋势近年来，摩擦材料在航空航天、汽车、高铁等领域得到了广泛的应用。其主要发展方向为高性能化、智能化和低碳化。高性能化主要是指材料在使用过程中表现出良好的耐磨损性能，以满足高技术含量机械装备对材料的要求；
智能化是指摩擦材料在使用过程中能够主动适应环境条件的变化，根据不同环境条件来调整自身摩擦性能；低碳化是指摩擦材料在使用过程中能够实现轻量化和减摩性，降低能耗和提高效率。
随着科技的发展，对摩擦材料提出了更高的要求，传统的单一成分金属基摩擦材料已经无法满足现代机械装备对耐磨性能、抗高温性能、高可靠性和低噪音等方面的要求，因此摩擦材料新组元不断涌现。
目前国内外对粉末冶金摩擦材料的研究主要集中在单一组元或多种组元复合时对性能的影响。从制备工艺方面看，目前研究较多的是通过粉末冶金工艺制备的粉末冶金摩擦材料。
粉末冶金工艺具有生产效率高、能耗低、易控制产品质量、无污染等优点，但也存在粉末与压制压力和压坯密度不一致、成型后烧结体收缩大等缺点。
碳/氮化物陶瓷基摩擦材料是目前研究较多的一种新型摩擦材料。其具有密度低、耐磨性好、抗磨性强、抗高温氧化等优点。
笔者观点铜基粉末冶金摩擦材料的研究现状：随着科技的进步，市场对高性能摩擦材料的需求越来越大，各类型材料的研究不断深入，但目前对铜基浆料的研究还不够深入，尤其是粉末冶金摩擦材料相关产品还有待进一步研发。
铜基粉末冶金摩擦材料的性能：铜基粉末冶金摩擦材料主要应用在电力设备上，它的性能直接影响到设备的正常工作，所以要求摩擦材料具有高耐磨性、高减摩性及良好的热稳定性。
铜基浆料配方组成：浆料配方是影响铜基粉末冶金摩擦材料性能的重要因素，目前主要存在三种配方体系：1)传统配方体系；2)新型配方体系；3)新型复合配方体系。
参考文献
1.张立明：C/hBN铜基粉末冶金摩擦材料研究进展与应用，《钢铁研究学报》，,43(3)：-。
2.王斌：C/hBN增强铜基粉末冶金摩擦材料研究进展，《摩擦磨损与润滑》，(3)：45-51。
3.张俊涛：基于C/hBN增强铜基粉末冶金摩擦材料的研究与应用，《科技信息》，(03)：-。
