Cu，Fe和SiO₂粉末对轮轨间摩擦性能影响试验

Experimental Study on the Influence of Cu, Fe, and SiO₂ Powders on the Friction Performance between Wheel Rail Materials

摘要

为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数，并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料，利用销盘摩擦试验机，在试验压力为0.5 MPa、转速为100，200，350，500 r · min^-1条件下，采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法，比较测试Cu，Fe与SiO₂粉末对摩擦系数、磨损量及表面硬度影响的差异性。结果表明：Cu，Fe粉末增加轮轨间摩擦系数的作用大于硬质SiO₂粉末，在摩擦表面添加Cu粉后摩擦系数增加0.2~0.3，添加Fe粉后增加0.1~0.2，添加SiO₂粉后在转速低于200 r · min^-1条件下增幅低于0.1，但在转速高于200 r · min^-1条件下并没有增加；低转速条件下SiO₂和Fe粉末使磨损量增加40%以上，而在转速大于200 r · min^-1时Cu粉末使磨损量降低50%，原因在于高硬度粒子加剧了对摩擦表面的犁削程度，导致磨损量成倍增加，而Cu粉末在剪切力的作用下易发生大塑性变形，从而黏附在摩擦表面，起到增大摩擦力和减小磨损量的作用；低速条件下Fe粉末和SiO₂粉末硬度高，与摩擦表面形成咬合作用，导致摩擦系数增加，而在转速提高时Fe和SiO₂粉末被粉碎细化，微细颗粒具有滚动效应，弱化了摩擦表面间的剪切力，难以起到增加摩擦系数的作用。

Abstract

In order to find alternative hard oxide particles to increase friction coefficient as well as adhesive materials to reduce damage to wheel rail surface, the effects of Cu,Fe and SiO₂ powders on the friction coefficient, wear and surface hardness were compared and tested using a pin-on-disk friction testing machine by adding powder to the wheel rail friction surface, and the morphology of the friction surface were analyzed under the testing pressure of 0.5 MPa and the rotational speed of 100, 200, 350 and 500 r · min^-1. The results showed that the effect of Cu and Fe powder on increasing the friction coefficient between wheel and rail is greater than that of hard SiO₂ powder. The friction coefficient increased by 0.2-0.3 after Cu powder was added to the friction surface, 0.1-0.2 after Fe powder was added. When the rotational speed was less than 200 r/min, the increase in friction coefficient by adding SiO₂ powder was below 0.1. While the friction coefficient did not increase when the rotational speed exceeded 200 r · min^-1. In terms of low rotational speed conditions, SiO₂ and Fe powder increased wear by over 40%. When the rotational speed was greater than 200 r · min^-1, Cu powder reduced the wear by 50%. The reason was that high hardness particles intensified the plowing of the friction surface, leading to a doubling of wear. Under the action of shear force, Cu powder is prone to significant plastic deformation, so as to adhere to the friction surface, which could increase friction and reduce wear. Under low rotational speed conditions, the hardness of Fe and SiO₂ powder was high, which formed an bite effect with the friction surface, leading to an increase in friction coefficient. As the increase of rotational speed, Fe and SiO₂ powder were crushed and refined, and the fine particles have a rolling effect, weakening the shear force between the surfaces and making it difficult to increase the friction coefficient.

Graphical abstract

关键词

轮轨关系 / 轮轨摩擦 / 粉末颗粒 / 磨损 / 增黏 / 摩擦系数

Key words

Wheel rail interaction / Wheel-rail friction / Powder particles / Wear / Increase adhesion / Friction coefficient

轨道车辆在运行过程中，轮轨间的摩擦力决定了车辆运行的动力，列车的启动、加减速和停车等都与轮轨间的摩擦力有关。当轮轨间的摩擦力不足时，会出现车轮空转、滑行等现象，影响停车距离，甚至危及行车安全。为提高轮轨间的摩擦力，通常选择高硬度的氧化物材料作为增黏材料，例如采用向轮轨表面撒砂（SiO₂或Al₂O₃颗粒）的方式，利用硬质颗粒与轮轨表面发生犁削而起到增加轮轨间摩擦系数的作用^［1-4］。然而，喷撒硬质粒子会导致轮轨表面形成大量凹坑损伤^［4］，这些凹坑源于硬质粒子导致轮轨表面非均匀塑性变形，且在变形过程中，诱发一定程度的微裂纹，这些微裂纹在车辆的运行过程中扩展长大，加剧了钢轨和车轮的损伤和磨损程度^［4］，提高了钢轨和车轮的维修成本^［4-5］。

研究可替代硅砂（SiO₂）或Al₂O₃这些高硬度颗粒的低硬度材料，在起到增加轮轨间摩擦系数作用的同时又能减少对轮轨表面的损伤，成为一个值得关注的问题。研究学者开始思考对于纯金属这类低硬度材料，在添加到轮轨表面后是否会如同硅砂或Al₂O₃这些高硬度材料，也起到增加摩擦系数作用。从以往的研究工作看，摩擦界面撒入金属类型的粉末，也会对摩擦系数有一定作用^［6-9］。如Rodrigues等发现在回火低合金钢4140和退火态H13钢摩擦表面撒入Cu粉末后，摩擦系数增加了10%左右^［6］。苏琳琳等利用定速摩擦试验机，研究摩擦表面添加Cu粉末对摩擦系数的影响机制^［9］。这些工作为研究如何增加轮轨材料间的摩擦力提供了思路。但与SiO₂等高硬度材料相比，将低硬度的Cu，Fe金属粉末撒入轮轨间，在不同转速条件下形成的摩擦系数与高硬度的SiO₂或Al₂O₃颗粒有何不同仍鲜见报道。同时，硬质颗粒与软质颗粒通过何种机制影响轮轨表面摩擦系数，仍属于有待进一步明确的问题。因此，将硬质的SiO₂粉末和低硬度的Cu，Fe等金属粉末添加到摩擦表面上，通过比较低硬度的金属粉末与高硬度的非金属粉末对轮轨表面摩擦系数的影响规律，并分析轮轨表面的磨损机制，对于探索一种既能提高轮轨黏着力、又不易损伤轮轨表面的增黏材料是有意义的。

本文针对高硬度氧化物颗粒与低硬度的金属粉末对摩擦系数的影响程度问题，使用销盘式摩擦试验机，基于轮轨接触表面干燥条件，采用在摩擦表面撒入Cu，Fe和SiO₂ 3种类型粉末的方式，研究粉末材料与摩擦系数、磨损量的关系。通过观测摩擦表面组织形貌，比较分析3种粉末对轮轨表面干燥条件下摩擦系数和磨损的影响机制。如果金属粉末在干燥条件下，对摩擦系数的增加程度高于硬质颗粒，则可为筛选适合增加轮轨间黏着系数的粉末材料提供新的思路和参考。

1 试验材料和方法

使用销盘摩擦试验机进行摩擦和磨损试验，图1为摩擦试验示意图。图中：O为试验用圆盘的圆心；R为试验用试样的旋转半径。试验中，销的试样材料为CL60钢，形状为直径17 mm、高15~18 mm的圆柱体；盘材料为U71Mn钢，与现有高速铁路钢轨用材料一致。

增黏粉末材料选择为Cu，Fe和SiO₂粉末，其性能见表1。试验条件下载荷为0.5 MPa，转速为100，200，350，500 r · min^-1（相当于车辆速度17，35，60和86 km · h^-1），每次试验的摩擦时间为20~100 s。试验前，销与盘进行预磨，直至接触面积超过80%。试验分为2种工况，第1种不加粉末，试验过程中销与盘直接接触至摩擦结束；第2种分别加入Cu，Fe和SiO₂这3种类型的粉末，即试验过程中销与盘首先接触，然后启动撒粉装置，撒入粉末进行试验，粉末进入销与盘摩擦界面直至摩擦结束，粉末流速为0.03~0.05 g · s^-1。每次试验前后测量摩擦系数和摩擦销的质量损失；每组试验重复3次，结果取平均值。

试验过程中，采用Mettler-Toledo AL/AB-N分析天平（精度0.1 mg）测量磨损量，采用OLYMPUS数码成像显微镜和JSM-6360LV型扫描电子显微镜观察轮轨表面形貌，采用F-800显微硬度仪测量表面硬度，载荷98 N，持续时间30 s。

2 结果分析

2.1　Cu，Fe和SiO₂粉末对摩擦系数的影响

2.1.1　对瞬时摩擦系数的影响

图2为不同转速情况下Cu，Fe和SiO₂粉末对瞬时摩擦系数的影响情况。由图2可知：转速为100 r · min^-1，添加Cu粉末时瞬时摩擦系数在0.7~0.8间波动，添加Fe粉末时波动程度最大，摩擦系数分布在0.55~0.75之间，并且出现明显的波峰和波谷，添加SiO₂粉末与无粉末状态的摩擦系数相当，瞬时摩擦系数分布在0.4~0.55之间；转速为200 r · min^-1，添加Cu粉末时瞬时摩擦系数仍在0.7~0.8间波动，添加Fe粉末时在0.6~0.7间波动，添加SiO₂粉末和无粉末时在0.55~0.6间波动；转速为350 r · min^-1，添加Cu粉末时瞬时摩擦系数在0.75~0.85间波动，添加Fe粉末时减小、在0.5~0.6间波动，添加SiO₂粉末时在0.5~0.6间波动，无粉末状态时处于0.55~0.65间；转速达到500 r · min^-1，添加Cu粉末时瞬时摩擦系数在0.75~0.90间波动，添加Fe粉末时在0.5附近变化，添加SiO₂粉末时稳定在0.5附近，无粉末状态下处于0.6左右。

上述试验结果表明：在100~500 r · min^-1转速范围内，与无添加粉末工况相比，添加Cu粉末时瞬时摩擦系数增加最明显，添加Fe粉末的作用主要体现在低速摩擦条件下，且添加Cu和Fe粉末也增加了低速条件下瞬时摩擦系数的波动程度，添加SiO₂粉末对瞬时摩擦系数的增加无明显影响，反而有降低其波动程度的作用；随着转速的提高，4种情况下瞬时摩擦系数的稳定性增加。

2.1.2　对平均摩擦系数的影响

图3为不同转速情况下增黏粉末对平均摩擦系数的影响结果。由图3可知：在未添加粉末的情况下，随着转速由100 r · min^-1增加到200 r · min^-1，平均摩擦系数由0.42增加到0.62，随着转速进一步增加到500 r · min^-1，平均摩擦系数则降低到0.54；添加SiO₂粉末时，在100 r · min^-1转速条件下平均转速摩擦系数为0.49，高于没有添加粉末的摩擦系数，但在其他转速条件下平均摩擦系数并没有增加；在添加Cu粉末的情况下，随着转速由100 r · min^-1增加到350 r · min^-1，平均摩擦系数由0.7增加到0.8，当转速增加到500 r · min^-1，平均摩擦系数则降低到0.78，且在各个转速条件下平均摩擦系数明显高于未添加粉末的情况；在添加Fe粉末的情况下，当转速为100和200 r · min^-1时平均摩擦系数对应为0.62和0.66，相比未添加粉末的情况平均摩擦系数呈增大趋势，在更高的转速条件下，平均摩擦系数反而降低。

图3所示的试验结果还表明，在100~500 r · min^-1转速范围内，添加Cu粉末明显增加了摩擦系数（增加约0.2~0.3），其原因应该与Cu粉末的力学性能有关，因Cu是一种高塑性材料，将Cu粉末添加到摩擦表面上后，会在剪切力的作用下发生塑性变形，黏附在摩擦面上，这种黏附的Cu粉末增加了接触面积，同时也会充填到摩擦表面上凸凹不一的微凸体中，形成很强的三向压应力状态，从而增加了切向摩擦力^［10-11］；添加Fe粉末，在转速为100和200 r · min^-1时，起到增加摩擦系数的作用，但在转速为350和500 r · min^-1时，Fe粉末使摩擦系数略有下降，这可能在于Fe粉末与摩擦副为同类型材料，两者的力学性质差别不明显，在低转速时Fe粉末存在剪切挤压过程，增加了摩擦面间的相互作用力，导致摩擦系数增加，而当转速提高时在摩擦力的快速冲击作用下Fe粉末被粉碎细化，微细颗粒具有滚动效应，弱化了摩擦表面的剪切力，导致摩擦系数未增加；在添加SiO₂粉末的情况下，只是在转速为100 r · min^-1的条件下起到了增加摩擦系数的作用，而在更高的转速时添加SiO₂粉末反而使摩擦系数略有下降，其原因在于SiO₂粉末为脆性材料，在转速较低时SiO₂粉末易嵌入摩擦表面，形成咬入作用，使摩擦表面的相互剪切力增加，表现为摩擦系数增加，而当转速提高后，在较强的冲击力作用下SiO₂粉末容易破碎为微细粉末，微细粉末的滚动很难起到增加摩擦系数的作用^［12］。

图4为不同增黏粉末对摩擦系数最大值和最小值的影响结果。由图4可知：从摩擦系数的变化范围看，添加粉末材料的类型不同对摩擦系数最小值影响不明显，对摩擦系数最大值影响较大；对于Cu，Fe，SiO₂这3种材料，Cu为高塑性材料，Fe的塑性低于Cu，SiO₂为脆性材料，高塑性材料具有增加最大摩擦系数的作用，而脆性材料尽管强度高，但并没有增加最大摩擦系数。

2.2　Cu，Fe和SiO₂粉末对磨损量的影响

图5为不同转速情况下Cu，Fe和SiO₂粉末对销磨损量的影响情况。由图5可见：未添加粉末时，磨损量随转速的增大先增加后减小，在350 r · min^-1转速条件下出现最大值为0.06 g；在添加Fe粉末的情况下，随着转速的增加磨损量均出现了增加，与未添加粉末工况相比，两者变化趋势一致，添加Fe粉末工况下磨损量增加0.02~0.03 g，增幅超40%；在添加SiO₂的情况下，当转速为100 r · min^-1时磨损量处于最大值0.15 g，在转速为200 r · min^-1时则下降为0.06 g，随着转速的进一步增加，磨损量则增加到0.11 g，与无粉末工况相比，添加SiO₂后磨损量增加70%以上；添加Cu粉末后，磨损量低于0.01 g，除转速为100 r · min^-1条件外较无粉末情况低约50%。

上述3种增黏粉末与磨损量的关系表明如下结果。粉末材料的性能与摩擦表面的磨损量密切相关。Fe粉末与摩擦盘面、销为同类型材料，由于添加的Fe粉末存在不同程度的氧化^［13-15］，呈一定的脆性性质，在摩擦表面形成颗粒磨损，因此，易加剧摩擦表面的磨损。SiO₂粉末为硬度远高于Fe粉末的脆性材料，在低速摩擦时硬质的SiO₂粒子容易划伤摩擦表面，形成较高的磨损量，随转速的增加SiO₂粒子粉碎情况加剧，一些微细的SiO₂粒子容易弥散分布，降低了大颗粒对摩擦表面的损伤程度，一定程度降低了磨损量；而当转速进一步增加，摩擦表面温度增加，摩擦表面的金属强度降低，SiO₂粒子对摩擦表面的损伤程度增加，表现为磨损量略有增加。Cu粉末的硬度低于Fe粉末，但塑性远大于Fe粉末^［14］，在摩擦表面受到剪切力的作用时，呈现流动变形状态，易黏附在摩擦表面，起到抑制摩擦表面损伤的作用，使磨损量处于较低值。

2.3　Cu，Fe和SiO₂粉末对摩擦表面硬度的影响

图6为增黏粉末对摩擦表面硬度的影响。由图6可见：在转速为100 r · min^-1时，相比未添加粉末的摩擦表面，添加3种粉末材料后的硬度有所增加，其中添加Fe粉末后摩擦表面硬度增加程度最大，超过300 HV；在转速为500 r · min^-1时，添加SiO₂后摩擦表面的硬度增加程度最高，超过140 HV；在这2组转速工况下，添加Cu粉末的摩擦表面硬度变化最小。

粉末对摩擦表面硬度的影响程度与粉末材料的性质以及工况条件有关。在低速情况下，摩擦温度低，Fe粉末硬度高、流动性好，其流动对摩擦表面起到变形硬化的作用，增加了摩擦表面的硬度；SiO₂粉末硬度高、流动性差，易嵌入摩擦表面，使摩擦表面的硬化不均匀，其摩擦表面的硬度增加略低于添加Fe粉末表面。在高速摩擦条件下，高硬度的SiO₂粉末破碎后未与摩擦表面发生充分作用，迫使表面组织变形硬化，硬度增加较高^［14］；Cu粉末硬度低，自身易变形流动，对摩擦表面的变形作用小，增加摩擦表面硬度程度有限。

2.4　Cu，Fe和SiO₂粉末对摩擦表面形态的影响

图7为转速100 r · min^-1下添加不同粉末时的摩擦表面形貌。由图7可见：未添加粉末的情况下，摩擦表面存在许多平行于摩擦方向的犁沟，犁沟尺寸宽度在17~31 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值25 \mathrm{\mu }\mathrm{m}）范围内，犁沟高度为14~105 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值42 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_a为5.9；添加SiO₂粉末的情况下，摩擦表面出现高低不平的凸台，凸台尺寸在100~200 \mathrm{\mu }\mathrm{m}左右，高度为15~78 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值63 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_a为15.4；添加Cu粉末后，摩擦表面存在犁沟，沿摩擦方向增加了许多黏附的条带状Cu斑块，条带的长度可达几百微米，犁沟尺寸宽度为11~20 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值14 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），犁沟高度为9~22 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值15 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_a为4.5；表面添加Fe粉末后，摩擦表面犁沟细化，沿摩擦方向存在微小的舌状堆叠黏着，堆叠平面高度差为5~23 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值16 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_a为5.0。

图7所示的形貌变化还表明，在低速摩擦时钢与钢之间存在显著的相互剪切作用，发生犁削磨损，表现出较大的粗糙度。添加SiO₂粉末后，高硬度的SiO₂粒子嵌入摩擦表面成为硬质微凸体，一方面犁削摩擦表面，增大摩擦系数，另一方面为磨屑堆积提供钉扎点，形成堆积性凸台，凸台容易剥落，引起较大磨损。添加Cu粉末后，低强度的Cu粒子在剪切作用下流动变形，形成薄片组织，填充犁沟，降低了犁沟深度，起到降低表面粗糙度的作用；同时Cu粒子的变形消耗了较高的能量，导致摩擦系数增加。添加Fe粉末后，其硬度与摩擦表面组织相近，小颗粒的Fe粉末容易在摩擦表面间流动，降低了局部的应力集中程度，摩擦表面损伤程度均匀，起到降低表面粗糙度的作用。

图8为500 r · min^-1转速下添加不同增黏粉末时的摩擦表面形貌。由图8可见：在未添加粉末情况下，摩擦表面的犁沟尺寸宽度为11~40 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值23 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），深度为5~23 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值12 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_{\mathrm{a}}为10.3；添加SiO₂粉末后，摩擦表面出现剥落坑，剥落坑深度为4~22 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值10 \mathrm{\mu }\mathrm{m}），表面粗糙度R_{\mathrm{a}}为5.9；添加Cu粉末后，摩擦表面存在长度约20~100 \mathrm{\mu }\mathrm{m}的条带状Cu层，表面粗糙度R_{\mathrm{a}}为1.4；添加Fe粉末，摩擦表面比较光滑，可见长度为7~17 \mathrm{\mu }\mathrm{m}（平均值13 \mathrm{\mu }\mathrm{m}）的条带状金属片黏着在摩擦表面上，表面粗糙度R_{\mathrm{a}}为2.1。

图9和图10分别为转速500 r · min^-1下添加不同粉末时利用扫描电镜观察到的摩擦表面形貌特征和能谱分析结果。

由图9可见：在未添加粉末情况下，摩擦表面存在大尺寸的裂纹，裂纹的扩展引起摩擦层碎裂剥落；在添加SiO₂粉末的摩擦表面可以看到SiO₂粒子嵌入摩擦表面，以及SiO₂粒子周围富集磨损粒子的情况；在添加Cu粉末的摩擦表面，存在许多表面比较光滑的条带状金属片，长度为20~100 \mathrm{\mu }\mathrm{m}不等，EDS能谱分析显示，黏着的金属片成份主要为Cu；在添加Fe粉末的摩擦表面，形成表面粗糙度R_{\mathrm{a}}为2.1的层片组织。EDS能谱分析显示该区域的成份主要为Fe。

上述4种摩擦工况下摩擦表面形貌特征还表明：在较高的转速条件下，摩擦表面的损伤程度与增黏粉末材料密切相关。在未添加粉末情况下，转速为100 r · min^-1时摩擦表面为盘与销表面的微凸体直接相互作用，钢的强度高、焊合性差，摩擦系数主要来自局部硬质微凸体的犁削，实际接触面小，摩擦系数较低^［15］；随着转速提高到200 r · min^-1，一方面摩擦表面温度升高，盘和销软化，实际接触面增加，导致摩擦系数增加；另一方面，在高速冲击作用下容易发生脆性损伤，增加了表面粗糙度，形成较高的摩擦系数和磨损量（如图3和图5所示）。当摩擦表面加入硬质的SiO₂粒子，嵌入摩擦表面的SiO₂粒子则容易钉扎磨损粒子，降低了摩擦表面的粗糙程度，起到降低摩擦系数的作用（如图2所示），当摩擦力超过SiO₂粒子断裂极限后，容易发生破裂而增加了磨损量（如图5所示）。当摩擦表面存在Cu粉末，由于其良好的塑性和焊合性，容易在表面挤压变形而产生高摩擦系数^［12］（如图2所示）。在添加Fe粉末的情况下，氧化的Fe粉末与摩擦表面黏附性不强，在高速的作用下容易流动，降低了表面粗糙度和摩擦系数（如图2和图8所示）。

需要特别说明的是：轮轨增黏材料是在存在雨、雪和油污污染的工况条件下使用。而本文的研究仅是基于轮轨接触表面干燥条件的探讨，验证的仅仅是Cu，Fe粉末在干燥条件下比轮轨增黏常用的SiO₂粉末具有增加摩擦系数的作用。当然，在干燥条件下具有增加摩擦系数的效果，并不等于在雨、雪和油污污染条件下具有同样效果。但是验证了干燥条件下各增黏粉末具有的增摩效果，也为进一步筛选轮轨增黏材料提供了基础。因此，对于轮轨接触表面潮湿低黏的情况，Cu，Fe粉末的适用性还有待于进一步研究。

3 结 论

（1）干燥摩擦条件下，Cu和Fe低硬度粉末比轮轨增黏常用的SiO₂粉末具有更明显的增加轮轨间摩擦系数的作用。因此从增黏的角度，低硬度材料可代替高硬度材料，从而扩大增黏材料的选择范围。在100~500 r · min^-1转速范围内，添加Cu粉末使摩擦系数的增加量可达0.2~0.3；转速低于200 r · min^-1时，添加Fe粉末摩擦系数增加约0.1~0.2，添加SiO₂粉末后在转速低于200 r · min^-1条件下摩擦系数增幅低于0.1，且在转速高于200 r · min^-1时，摩擦系数并没有增加。

（2）增黏机制并不仅是高硬度质点的切削，还存在黏附和挤压机制。高转速条件下，高温使Cu粉末软化，在剪切力的作用下发生流动挤压，黏附在摩擦表面，从而增加了切向摩擦力；高速冲击使Fe粉末和SiO₂粉末被粉碎细化，微细颗粒具有滚动效应，弱化了表面间的剪切力，很难起到增加摩擦系数的作用。低转速条件下，脆性的Fe和SiO₂粉末容易与摩擦表面形成咬合切削作用，导致摩擦系数有所增加。

（3）Cu，Fe和SiO₂粉末对磨损量的影响规律不同。添加Fe粉末，磨损量增加40%；低速时添加SiO₂粉末大幅度增加磨损量，增幅超过70%；转速为100 r · min^-1时添加Cu粉末对磨损量无明显影响，随着转速的增加，添加Cu粉末时磨损量显著降低50%。原因在于Cu粉末容易黏附在摩擦表面，形成对摩擦表面的保护，而硬质的Fe和SiO₂粉末犁削摩擦表面形成颗粒磨损。

（4）增黏粉末具有改变摩擦表面硬度的作用。低转速时添加Fe粉末，摩擦表面硬度的增加程度最大，超过300 HV；高转速条件下，添加SiO₂粉末时，摩擦表面硬度的增加程度最大，超过140 HV；在低转速条件下，Cu粉末略有增加摩擦表面硬度的效果，而在高转速条件下，Cu粉末有降低摩擦表面硬度的作用。原因在于硬质的Fe和SiO₂粉末加剧摩擦表面的变形，加剧了摩擦表面的硬化程度。低强度的Cu粉末在摩擦表面的大变形流动弱化了摩擦表面的变形程度，制约了摩擦表面硬度的增加程度。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(L2022J003)

中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2023YJ325)