摩擦（friction）、磨损（wear）与润滑（lubrication）统称摩擦学。据统计，大约有三分之一以上的世界能源消耗在摩擦上，同时大约有80%的破坏零件是由磨损造成的。材料的耐磨性不是材料固有的本性，而是材料性质在一定的摩擦规范、表面状态、环境介质、工件结构、材料配对等某种条件下的体现了，材料的耐磨性是相对的、有条件的。

机械设计中的摩擦问题大体分为减摩和摩阻两类。要求减摩的设计包括润滑设计和磨损设计，润滑设计有：运动副材料选配，润滑剂选择和结构合理性设计，磨损设计有：希望接触面磨损轻，磨损率低；要求摩阻的设计希望摩阻（摩擦）大，耐磨损，发热少和散热及时等。

一、减摩材料

减摩材料主要是用来制取各种滑动轴承的材料。这些材料具有摩擦系数低及耐磨性好的特点，并可减轻各种机器中摩擦部件互相接触部分间的摩擦。

代表应用↓↓：滑动轴承材料

1、常用的金属减摩材料

①巴氏合金：是一种以锡或铅为基体的软合金，锡基成分含有82%~84%锡，5%~6%铜和11%~10%锑）。

②铜基轴承合金：主要有锡青铜和铅青铜。锡青铜是指含有5%~15%的锡以及少量锌、铅等元素的铜合金，加锌可使基体强度提高，加铅可增加合金的抗粘着性和顺应性。

③铝基轴承合金：特点是比重小，导热性好，疲劳强度高和耐磨性好，且原料充足，价格低廉。但热膨胀系数大，抗胶合性、嵌合性与顺应性较差。

④多层合金减摩材料：该材料为双金属、三金属等结构，各种金属的性能具有互补性，以满足机器高速、重载等工况下的使用要求。

⑤粉末冶金减摩材料：采用粉末冶金方法制造的﹐又称烧结减摩材料。烧结减摩材料广泛用於制造滑动轴承﹑止推轴承﹑端面密封﹑支承衬套等。其主要优点是在有限润滑油的条件下﹐使用寿命较长和可靠性较高。

烧结减摩材料按其制造方法可分为两类。一类是在材料孔隙中浸有润滑油或在材料成分中加有(或在其表层充覆)减摩剂或固体润滑剂(石墨﹑氧化物﹑硫化物﹑氮化物﹑氟塑料或其他塑料)。这类材料在干摩擦条件下依靠自身或表层含有的润滑剂润滑﹐即具有自润滑效果。另一类是钢与烧结合金的复合材料﹐如在钢带上烧结一层铜铅合金粉末等。这类材料的承载能力比前一类大﹐一般用以制造重载轴承。烧结减摩材料的发展趋向是提高多孔铁基和铜基材料的承载能力﹐发展能在较高温度和更恶劣的摩擦条件下使用的材料﹐研制能在真空和惰性气体中工作的材料

2、高分子聚合物和各种工程塑料

①聚酰胺：它具有较高的机械强度和较好的耐磨性及自润滑性能，摩擦系数μ=0.25，易成型，价格低，耐磨蚀。可在无润滑条件下工作。在尼龙中添加聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨或云母等固体润滑剂后，可降低摩擦系数；添加金属粉可增加导热性，而添加玻璃纤维等，也提高强度，增加耐磨性。

②聚甲醛：POM具有优良的综合性能，吸水性小，尺寸稳定，物理和机械性能超过尼龙，耐腐蚀，摩擦系数低而稳定。但热稳定性差，收缩率大。

③聚四氟乙烯：耐磨性较差，机械强度低，受载后易变形，线膨胀系数大。因此PTFE作为减摩材料使用，主要是以填料形式添加到其他塑料中，或者在PTFE中添加金属或其他材料，以改善其机械性能、导热性和线膨胀系数。

3、自润滑陶瓷刀具

传统的切削液减摩润滑方法已难以满足一些特殊条件下的加工要求，此外，切削液费用较高，还会造成环境污染。解决这一问题最常用的途径是采用绿色干切削加工技术。但由于干切削时摩擦条件异常严酷，导致刀具寿命偏低，因此迫切需要研究开发无污染、高效率的新型润滑方式。开发和应用自润滑切削刀具无疑是解决这一问题的最佳途径之一。

自润滑刀具是指刀具材料本身具有减摩和抗磨作用，在没有外加润滑液或润滑剂的条件下，刀具材料本身就具有润滑功能。

实现陶瓷刀具材料本身自润滑的主要方法有三种：①利用陶瓷刀具在切削高温作用下的摩擦化学反应，在陶瓷刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜，从而实现陶瓷刀具的自润滑。②对陶瓷刀具材料进行自润滑涂层或对陶瓷刀具材料表面行离子注入。③以固体润滑剂作为陶瓷刀具材料的添加剂，制备自润滑陶瓷刀具材料。以固体滑剂(如MoS2、h-BN等)作为添加剂加入到陶瓷刀具材料基体中形成复合陶瓷刀具材料时，利用固态润滑剂易拖敷、摩擦系数低的特点，在陶瓷刀具表面形成连续的固态润滑层，从而赋予陶瓷刀具材料以自润滑特性。

4、减摩耐磨涂层

涂层作为一种有效的表面改性技术，具有材料选择范围广、性能可调节性好的优点，适用于多种工况和结构要求，在零部件的减摩耐磨中得到了广泛的应用。

传统涂层采用单一材料制备按照用途可分为减摩涂层和耐磨涂层两类减摩涂层采用自润滑材料制备例如石墨、MoS、WS、石墨烯等这些自润滑材料可明显降低摩擦系数但寿命有限,即减摩不抗磨。耐磨涂层则采用硬度较高的材料制备，例如非金属碳/氮化物以及过渡族金属碳/氮化物等,这些材料硬度较高、耐磨性能好，但高硬度势必要牺牲材料的韧性，因此这类涂层在使用过程中容易发生脆性失效，并且摩擦系数普遍较高，即抗磨不减。

随着机械设备使用工况和应用范围的不断扩展，传统油润滑方式在特殊环境下无法应用，例如在太空和微机械环境中只能依靠摩擦副自身性能减少摩擦、降低磨损。传统涂层的缺陷导致其在这些领域中的应用受到限制多层膜正是将润滑材料和抗磨材料有机结合并通过合理的结构、工艺设计制备出具有减摩耐磨性能的涂层。多层膜结合选材和层状结构设计，兼具减摩、耐磨作用，其相关研究为解决材料摩擦学性能不足这一关键问题提供了可能。

二、摩阻材料

与减摩材料不同的是，摩阻材料利用自身高而稳定的摩擦系数来工作的，因此也常叫摩擦材料。摩擦材料是汽车、飞机等运动机械设备中起到制动、传动、转向等功能作用的关键性功能材料。

代表应用↓↓：刹车片

摩擦材料的相关研究主要集中在摩擦材料的材料成分设计上，制动摩擦材料主要组成部分有增强纤维、填料、有机粘合剂。按照摩擦材料的产品材质把摩擦材料分为石棉摩擦材料和非石棉摩擦材料。石棉摩擦材料因其对人体健康的不利影响，逐渐被非石棉摩擦材料取代。常见的非石棉摩擦材料有如下几种类型。

1、半金属基摩擦材料

半金属基摩擦材料，采用金属或复合金属纤维取代石棉纤维，是在有机与粉末冶金的基础上发展起来的一种摩擦材料。其材料成分通常含有30%~50%左右的黑色金属(如钢纤维、还原铁粉和多孔铁粉)，半金属摩擦材料因此得名。它是最早开发的替代石棉的无石棉材料。半金属基摩擦材料的制备工艺已经非常完善，首先将粘结剂、增强纤维、增塑剂、摩擦组元等过筛配比，然后充分混料进而入模热压成型，最后在鼓风箱中固化处理获得。

该类摩擦材料的主要特点是强度高、导热性好、吸收功率高，能够满足汽车在高速重载下的制动要求，在小型盘式制动器中适用性强，因此被广泛应用于汽车制动。

2、粉末冶金摩擦材料

熔铸金属和粉末冶金都属于金属基摩擦材料，该类摩擦材料主要应用于列车及早期汽车制动领域。对于钢、铸铁、青铜等的熔铸金属而言，由于单体金属在制动过程中容易粘结且在高速高温下摩擦系数低，需在其配方中加入其他摩擦组元来提高摩擦性能。例如，在列车闸瓦的铸铁材料中加入P与合金元素（如Ni、Cr、Ti、V）可提高耐磨性和摩擦系数。

粉末冶金是将减磨剂和增摩剂加入金属粉末基体中，经混合、压制、烧结而成，粉末冶金摩擦材料也被称为“烧结摩擦材料”，是一种采用粉末冶金技术制备而成的摩擦复合材料。该材料具有摩擦系数高、耐腐蚀、耐磨损、制动速度快等优点，被广泛应用于制动领域。其中铜基粉末冶金摩擦材料在高铁制动系统中得到广泛应用。

3、非金属基摩擦材料

当今车辆正朝着高速化、轻型化的方向发展，对制动性能要求也不断提高，为此人们研制出两种高性能摩擦材料：陶瓷基摩擦材料与C/C复合摩擦材料。当今国内外主要研究的陶瓷摩擦材料包括C/C-SiC复合摩擦材料和Al2O3摩擦材料，该类材料具有高硬度、耐磨损、耐高温、无噪声等优点，一般应用于高档轿车和高速列车制动。

以C/C-SiC（即碳纤维增强碳和碳化硅基体，碳陶刹车盘就是这个）复合摩擦材料的制备工艺为例，目前主要通过先驱体浸渍裂解法（PIP）、化学气相渗透法（CVI）、反应熔体浸渍法（RMI）和温压-原位反应法进行制备。由于RMI和温压-原位反应法制备周期短、成本低，近年来在国内外得到了快速发展。汽车主流刹车盘材料为灰铸铁，碳陶刹车性能更优但成本更高，据悉，特斯拉modelsplaid可以选配的官方碳陶刹车套件售价高达两万美元但普通灰铸铁刹车售价一套不到1000元。

如果刹车盘有王者，它应该叫碳陶

但小编有个疑问～它能为刹不住的特斯拉洗白吗

根据数据统计采用 ，顶级跑车从时速300km/h制动至静止，只需4秒钟的刹车时间，刹车过程中的重力加速度可超过5G。而从200km/h制动至静止，只需要2.9秒，刹车距离只需65米。从100km/h制动至静止，只需1.4秒，以及17米的刹车距离。值得一提的是，再次期间刹车的瞬时温度也会达到1200℃左右。能够耐如此的高温，且具有高的摩擦系数，这也是碳陶刹车盘的奇迹所在。

C/C复合摩擦材料通过碳纤维增强碳基体获得，具有非常优异的摩擦学性能，但工艺复杂且造价昂贵，通常用于航空制动。目前世界上40多种民用飞机（波音B系列、空客A系列）和F16军用飞机以及高铁、赛车等都使用了C/C复合摩擦材料。

▲C/C复合摩擦材料的制备

总的来说，降低摩擦系数有利于增加耐磨性，但对于摩阻材料而言，其利用自身高而稳定的摩擦系数来工作的，不能简单的依靠减低摩擦系数来实现增加零部件的耐磨性能~

编辑粉体圈Alpha

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