摘要：載流摩擦常出現(xiàn)在電力傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)、工業(yè)發(fā)電機(jī)、電磁軌道炮等領(lǐng)域，如高鐵的大幅增速帶來的弓網(wǎng)系統(tǒng)載流量增加，導(dǎo)致電弓運(yùn)行溫度上升和磨損加劇，縮短了系統(tǒng)壽命。在電氣工業(yè)設(shè)備中，電元素的介入導(dǎo)致摩擦過程電弧的產(chǎn)生，加劇了金屬點(diǎn)蝕，導(dǎo)致潤滑失效。本文將從載流摩擦的產(chǎn)生與影響角度出發(fā)，結(jié)合導(dǎo)電潤滑脂的潤滑摩擦機(jī)制和導(dǎo)電機(jī)理，介紹了導(dǎo)電潤滑脂的在載流摩擦中的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展，最后，總結(jié)了當(dāng)前研究中的主要成就與挑戰(zhàn)，并展望了未來的研究方向。

關(guān)鍵詞：軌道交通；載流摩擦；導(dǎo)電潤滑脂；潤滑性能

中圖分類號(hào)：TQ317文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）04-0059-04

Research progress on the application of conductive grease in current carrying friction

LUAN Jianyang1，LI Zhiguo1，LI Ying2，CHEN Qi2

（1.CRRC Tangshan Locomotiveamp;Rolling Stock Co.，Ltd.，Tangshan 063011，Hebei China；

2.Guangzhou GRG Metrologyamp;Test Co.，Ltd.，Guangzhou 510656，China）

Abstract：Current-carrying friction is commonly appears in power transmission systems，modern rail transit sys-tems，industrial generators，electromagnetic railguns，and other fields，such as the high-speed rail，its rapid growth brought about by the increase in the current load of the grid system，resulting in the pantograph operating tempera-ture rise and wear intensification，shortening the system life.In electrical industrial equipment，the involvement of electrical elements leads to the generation of electrical arcs during the friction process，which intensifies metal pit-ting and results in lubrication failure.This paper，starting from the generation and impact of current-carrying fric-tion，and in combination with the lubrication friction mechanism and electrical conduction mechanism of conductive grease，introduces the current application status and research progress of conductive grease in current-carrying fric-tion.Finally，the main achievements and challenges in current research are summarized，and the future research di-rectionis prospected.

Key words：railway transportation；current-carrying friction；conductive grease；lubricating property

“復(fù)興號(hào)”列車的最高運(yùn)行速度可達(dá)到400 km/h，但大幅提速隨之而來的是弓網(wǎng)系統(tǒng)載流量倍增，電弓運(yùn)行溫度陡升、磨損加劇，進(jìn)而導(dǎo)致弓網(wǎng)壽命不同程度的縮減[1]。而在電氣工業(yè)設(shè)備這種工況復(fù)雜的使用場景中，各類零部件接觸界面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)電元素的介入會(huì)加速金屬點(diǎn)蝕，進(jìn)而產(chǎn)生潤滑失效。因此，載流摩擦的系統(tǒng)性深入研究對(duì)工業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

載流摩擦磨損是指在電場環(huán)境下摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)伴隨電流通過產(chǎn)生的摩擦磨損行為，不僅具備相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來的機(jī)械磨損，同時(shí)還有電流介入帶來的電弧侵蝕[2]。與傳統(tǒng)摩擦學(xué)研究相比，載流摩擦中的電流介入帶來的磨損也更加嚴(yán)重，對(duì)潤滑材料的各方面性能要求也更加嚴(yán)苛。本文將從載流摩擦的產(chǎn)生和影響出發(fā)，總結(jié)導(dǎo)電潤滑脂的導(dǎo)電、潤滑、減摩抗磨機(jī)制，并分類概述導(dǎo)電潤滑脂在載流摩擦中的應(yīng)用。

1載流摩擦的研究進(jìn)展

載流摩擦磨損是一種特殊工況下的摩擦磨損，載流摩擦系統(tǒng)包括機(jī)械摩擦系統(tǒng)和電系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)中電弧、電阻、摩擦均產(chǎn)生熱量，摩擦副的接觸面也包括了變形層、電弧腐蝕和氧化層，同時(shí)存在機(jī)械磨損、電弧侵蝕、氧化等多種失效機(jī)制[3]。摩擦副的接觸面在微觀尺度上凹凸不平，微凹坑和微凸峰作為兩摩擦副的微觀上的接觸點(diǎn)承擔(dān)著負(fù)載和傳導(dǎo)電流的作用。電流通過這些導(dǎo)電接觸點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象、產(chǎn)生局部附加電阻，使得接觸點(diǎn)的電流密度遠(yuǎn)高于名義電流密度。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，伴隨著剪切力的作用，產(chǎn)生大量集中于接觸點(diǎn)的摩擦熱、電阻熱，接觸區(qū)域不斷遭到破壞、和材料轉(zhuǎn)移[4-5]。

圖2列出了載流摩擦副中常見的損傷行為[6]。楊正海等[7]將磨損表面分為機(jī)械磨損區(qū)和電弧侵蝕區(qū)，前者主要表現(xiàn)為犁溝和碾壓等，而后者以材料熔融為主，且多分布于磨損表面的邊緣。接觸點(diǎn)在摩擦作用下產(chǎn)生的局部高溫，使材料發(fā)生軟化、斷裂和脫落，帶來機(jī)械磨損：磨粒磨損、塑性變形、疲勞剝落[8]。

載流摩擦的過程除了傳統(tǒng)的機(jī)械摩擦過程會(huì)產(chǎn)生的機(jī)械磨損和腐蝕磨損外，還會(huì)產(chǎn)生電弧侵蝕[4]。在摩擦表面相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)過程中，摩擦副之間的接觸點(diǎn)不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致局部失接觸，產(chǎn)生放電間隙，從而產(chǎn)生電弧[6]。電弧的產(chǎn)生會(huì)使摩擦副接觸表面的瞬時(shí)溫度迅速上升，引起摩擦副材料熔化、噴濺或者蒸發(fā)，并在摩擦副表面產(chǎn)生大量的燒蝕坑，進(jìn)而產(chǎn)生電弧侵蝕，接著進(jìn)一步擴(kuò)大磨損量[2]。摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提升會(huì)加劇振動(dòng)沖擊，離線電弧更易發(fā)生，伴隨著電弧加熱，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[9]。因此，在討論載流摩擦磨損行為時(shí)，不僅需要考慮到傳統(tǒng)摩擦學(xué)涉及到的載荷、速度和摩擦副的粗糙度之外，也必須考慮到電流引起的電弧帶來的耦合作用。

霍金元等[10]對(duì)載流摩擦下的電流的作用進(jìn)行探究。Romanenko[11]通過研究多種潤滑脂性能與外加電流作用的關(guān)系，探究了軸承電蝕的機(jī)理。此外，外部電場的施加可能導(dǎo)致局部放電、電黏度上升、微氣泡、和潤滑劑流動(dòng)不穩(wěn)定等，對(duì)潤滑油膜狀態(tài)造成影響[12]。

某些情況下，電流作用更加不易察覺。李含欣[13]針對(duì)不同溫度和濕度條件下銅/碳接觸載流摩擦行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)濕度條件可以通過影響摩擦副的接觸狀態(tài)而影響摩擦行為。而導(dǎo)電潤滑脂通過加入導(dǎo)電添加劑，可以降低潤滑脂的體積電阻率，預(yù)防摩擦副放電[14]。

2載流摩擦下導(dǎo)電潤滑脂和其潤滑機(jī)制

潤滑劑通常被分為液體、半固體和固體，即潤滑油、潤滑脂[15]和固體潤滑劑[16]。本文將會(huì)重點(diǎn)論述導(dǎo)電潤滑脂，由于其粘滯性高等特點(diǎn)，具有高承載性和極壓抗磨性，廣泛用于工業(yè)機(jī)械中，在機(jī)械表面起到良好的潤滑、密封等作用。導(dǎo)電潤滑脂作用在機(jī)械設(shè)備的接觸表面之間可以起到很好的分隔作用，使接觸表面更光滑，從而達(dá)到減小摩擦和磨損的目的。

載流摩擦潤滑脂的導(dǎo)電機(jī)理主要包括以下方面：（1）隧穿效應(yīng)：當(dāng)電子能量低于閾值時(shí)，能穿過勢(shì)壘，形成隧道路徑，使電流通過，增強(qiáng)潤滑脂導(dǎo)電性；（2）滲流理論：導(dǎo)電粒子體積分?jǐn)?shù)達(dá)臨界值時(shí)，粒子互接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低潤滑脂體積電阻率，提升導(dǎo)電性；（3）場發(fā)射理論：導(dǎo)電粒子間距大時(shí)，強(qiáng)電場激發(fā)場致發(fā)射電流，穿過絕緣物質(zhì)，產(chǎn)生電流；（4）Gurland網(wǎng)鏈理論：導(dǎo)電粒子平均接觸數(shù)達(dá)某量級(jí)后，電阻急劇下降；（5）導(dǎo)電團(tuán)簇理論：金屬粒子聚集，形成導(dǎo)電團(tuán)簇，使體系從絕緣轉(zhuǎn)為導(dǎo)電，改善潤滑脂導(dǎo)電能力[17]。

當(dāng)導(dǎo)電顆粒達(dá)到一定的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)所謂的“滲流閾值”，超過這一濃度，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)就能形成。導(dǎo)電粒子之間的間距足夠接近，以便電子可以通過粒子間的接觸或者量子隧穿效應(yīng)進(jìn)行傳輸，即使粒子之間未能相互接觸，電子也會(huì)從一種粒子躍遷至另一種粒子中，即電子躍遷，形成導(dǎo)電電流[18]。

總的來說，理解這些導(dǎo)電潤滑脂背后的各種機(jī)制對(duì)于優(yōu)化其在涉及載流摩擦的應(yīng)用中的表現(xiàn)至關(guān)重要。

3載流摩擦中導(dǎo)電潤滑脂的應(yīng)用

在2節(jié)中提到了載流摩擦帶來電元素的介入的影響，除了帶來電阻熱以外，還會(huì)因電弧腐蝕加劇摩擦副的腐蝕。導(dǎo)電潤滑脂在接觸面間的應(yīng)用可以起到很好的保護(hù)接觸點(diǎn)的作用，防止與周圍的氧、水分子、硫等腐蝕物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成腐蝕。另外，導(dǎo)電潤滑脂可以抑制電弧的發(fā)生，減小電蝕磨損，進(jìn)一步抑制觸點(diǎn)表面氧化和碳化[19]。電氣設(shè)備中的潤滑脂為了應(yīng)對(duì)載流摩擦，需要增加其導(dǎo)電性，例如通過添加聚苯胺[20]、離子液體、氧化錫銻等導(dǎo)電填料，可提高復(fù)合脂的導(dǎo)電性和摩擦學(xué)性能。當(dāng)前最為廣泛使用的導(dǎo)電添加劑主要有金屬粉末[21-22]、離子液體[23-24]、碳材料[25]以及其他經(jīng)化學(xué)/電化學(xué)處理后的非導(dǎo)電材料，這些添加劑可作為單劑或者復(fù)合使用。

3.1金屬添加劑

金屬添加劑粒度較小，在摩擦過程中可以對(duì)接觸區(qū)域起到一定的填充和修復(fù)作用，同時(shí)也能起到微軸承作用，增強(qiáng)承載能力。這些添加劑沉積在摩擦表面時(shí)形成具有保護(hù)作用和光滑作用的沉積膜。金屬添加劑在導(dǎo)電潤滑脂中的應(yīng)用可以顯著改善其導(dǎo)電性能和潤滑性能，提高系統(tǒng)的可靠性和壽命[21]。

金屬添加劑主要包括金屬粉末（如銀粉、銅粉、金粉等）和金屬氧化物（如氧化銅、氧化錫等），利用隧穿效應(yīng)、滲流效應(yīng)和場發(fā)射理論均勻分散于潤滑脂中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。孫高展等[22]利用二硫化鉬粉末作為極壓添加劑對(duì)皂基MACs潤滑脂進(jìn)行改性，顯著提升了其真空摩擦性能。Feng等[25]采用原位聚合法合成了鹽酸摻雜的聚苯胺/二硫化鉬（PANI/MoS2）復(fù)合鋰基潤滑脂。安冰洋等[26]利用多種咪唑離子液體修飾納米Fe3O4制備硅基潤滑脂，明顯降低了潤滑脂的體積電阻率，并大幅度提高減摩抗磨性能。

3.2離子液體

離子液體是一種由有機(jī)陽離子和無機(jī)或有機(jī)陰離子組成的低熔點(diǎn)鹽，具有良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和低揮發(fā)性[27]。這些特性使得離子液體在導(dǎo)電潤滑脂中具有廣闊的應(yīng)用前景。離子液體的導(dǎo)電性主要受離子液體的結(jié)構(gòu)以及潤滑脂的黏度影響，黏度越低，離子液體在潤滑脂中越容易擴(kuò)散，電阻率越低[28]。

李自穎等[28]利用雙三氟磺酸基酯離子液體作為導(dǎo)電添加劑，制備出導(dǎo)電性能和摩擦學(xué)性能更加優(yōu)異的鋰基潤滑脂。王偉[29]利用離子液體對(duì)石墨烯和碳納米管進(jìn)行改性，提高了潤滑脂中的分散性，進(jìn)而提高了潤滑脂的性能。

3.3碳類添加劑

近年來，碳元素家族作為涂層、二維材料、量子點(diǎn)在在摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究熱度居高不下。金剛石、類金剛石（DLC）[30]、碳納米管[31]、石墨烯[32]、石墨[6]等廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)中，以改善摩擦學(xué)性能。二維材料中，相鄰兩層間弱范德華力的結(jié)合使其具有較低的抗剪強(qiáng)度，易于在各原子層之間滑動(dòng)，從而防止摩擦面直接接觸，降低摩擦系數(shù)[33]。王偉[29]將改性石墨烯和改性碳管結(jié)合鋰鹽離子液體制備出復(fù)合潤滑脂。萬佳祺等[35]利用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨烯添加劑制備了極壓潤滑脂，提高了潤滑脂的滴點(diǎn)，通過在摩擦過程中形成保護(hù)膜、減小接觸點(diǎn)的直接接觸。

郭新毅等[18]將親油改性處理后的碳納米管和導(dǎo)電納米炭黑根據(jù)滲流閾值制備為2種濃度的導(dǎo)電潤滑脂，實(shí)驗(yàn)表明碳納米管的加入增強(qiáng)了潤滑脂的抗氧化性能、兩種添加劑均可有效減小磨損。

4建議與展望

載流摩擦是電力傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)、工業(yè)發(fā)電機(jī)和電磁軌道炮等領(lǐng)域的常見現(xiàn)象。當(dāng)前研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中復(fù)雜的工況下的適應(yīng)性研究不足，缺乏對(duì)潤滑脂長期性能穩(wěn)定性的研究，且在與不同材料的兼容性方面研究不足。此外，高溫環(huán)境下的熱穩(wěn)定性和高濕環(huán)境下的導(dǎo)電性能也是亟待解決的問題，這些問題直接影響到潤滑脂在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和壽命。

未來的研究方向應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注復(fù)雜工況下的適應(yīng)性研究、長期性能穩(wěn)定性研究、材料兼容性研究、新型潤滑脂的研發(fā)、智能監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)的應(yīng)用以及可持續(xù)發(fā)展與環(huán)保要求的滿足。通過這些研究方向的深入探索，有望進(jìn)一步提升導(dǎo)電潤滑脂在載流摩擦系統(tǒng)中的性能，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。

5結(jié)語

本文從載流摩擦的產(chǎn)生與影響角度出發(fā)，結(jié)合導(dǎo)電潤滑脂的潤滑摩擦機(jī)制和導(dǎo)電機(jī)理，對(duì)導(dǎo)電潤滑脂在載流摩擦環(huán)境中的研究進(jìn)行了綜述，最后對(duì)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀提出了一些建議和展望。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁濤，郭媛，楊震.弓網(wǎng)系統(tǒng)中銅盤/碳銷的載流摩擦磨損性能[J].材料保護(hù)，2019，11（52）：63-67.

[2]惠陽，劉貴民，閆濤，等.載流摩擦磨損研究現(xiàn)狀及展望[J].材料導(dǎo)報(bào)，2019，33（13）：2272-2280.

[3]ZHANG Y，YANG Z，SONG K，et al.Triboelectric behav-iors of materials under high speeds and large currents[J].Friction，2013（1）：259-270.

[4]李聰慧，張燕燕，曾澤祥，等.載流摩擦磨損研究進(jìn)展[J].潤滑與密封，2022，47（7）：153-167.

[5]沈明學(xué)，李含欣，季德惠，等.弓網(wǎng)系統(tǒng)載流摩擦磨損研究現(xiàn)狀[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，38（4）：113-125

[6]王宇蕓，朱冶誠，張國亮，等.載流摩擦潤滑材料研究進(jìn)展[J].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，33（3）：12-17.

[7]楊正海，上官寶，孫樂民，等.相對(duì)滑動(dòng)速度對(duì)銅-石墨復(fù)合材料載流摩擦性能的影響[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，42（1）：1-6.

[8]ZHANG H，SUN L，ZHANG Y，et al.The study of arc rate，friction，and wear performance of C/C composites in Pantograph-Catenary system[J].Tribology Transactions，2024，57（6）：1157-63.

[9]沈向前，孫樂民，張永振.載流條件下鉻青銅/3D碳/碳復(fù)合材料摩擦副的摩擦磨損性能[J].潤滑與密封，2006，31（1）：72-74.

[10]霍金元，許少凡，劉獻(xiàn)華，等.二硫化鉬-石墨-銀基復(fù)合材料的載流摩擦磨損性能研究[J].金屬功能材料，2013，20（1）：13-18.

[11]ROMANENKOA，AHOLA J，MUETZEA.Influence of electric discharge activity on bearing lubricating grease degradation[J].IEEE Energy Conversion Congress and Exposition（ECCE），2015：4851-4856.

[12]司玉凱，白清華，栗心明，等.導(dǎo)電與非導(dǎo)電潤滑脂阻抗特性靜/動(dòng)態(tài)測(cè)試研究[J].潤滑與密封，2024：1-11.

[13]李含欣.不同服役溫度下環(huán)境濕度對(duì)碳/銅接觸載流摩擦學(xué)行為的影響[D].上海：華東交通大學(xué)，2023.

[14]SUZUMURA J，周賢全.用導(dǎo)電潤滑脂預(yù)防滾動(dòng)軸承電蝕[J].國外鐵道車輛，2018，55（2）：33-37.

[15]費(fèi)解.化工機(jī)械設(shè)備潤滑故障分析與管理[J].粘接，2020，41（1）：129-132.

[16]孫藝聞，柳琪，詹華，等.Ni-C自潤滑涂層重載下摩擦磨損行為[J].粘接，2021，47（9）：63-66.

[17]馮欣，劉青辰，常星，等.導(dǎo)電潤滑脂的研究進(jìn)展[J].潤滑油，2023，38（2）：1-7

[18]郭新毅，張向軍，張斌，等.載流條件下導(dǎo)電潤滑脂軸承的摩擦學(xué)性能[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2024，45（7）：137-146.

[19]劉朝斌，李偉，尚朋飛，等.高頻交變電場作用下靜態(tài)絕緣軸承中潤滑脂的老化行為[J].軸承，2024（5）：146-155.

[20]夏延秋，哈瑞，陳俊寰.磁控濺射銀層在載流潤滑下的電摩擦學(xué)性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（6）：774-780.

[21]李重陽，王高琦，韓慶國，等.納米Fe3O4顆粒對(duì)離子液體潤滑減摩及電控增摩性能的影響[J].表面技術(shù)，2023，52（2）：233-244.

[22]孫高展，張凱鋒，蒼悅天，等.MoS2粉末改性MACs潤滑脂真空摩擦學(xué)性能研究[J].潤滑與密封，2025，50（1）：122-128.

[23]吳禮寧，夏延秋，馮欣.離子液體潤滑脂導(dǎo)電性研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（2）：198-202.

[24]GUO J，CHENG J，TAN H，et al.Ga-based liquid metal：A novel current-carrying lubricant.[J].Tribology Interna-tional，2019，135：457-462.

[25]FENG X，HU C，XIA Y，et al.Study on conductivity and tribological properties of polyaniline/molybdenum disul-fide composites in lithium complex grease.[J]Lubrica-tion Science.2022，34（3）：182-195.

[26]夏延秋，安冰洋.離子液體修飾納米四氧化三鐵作添加劑對(duì)硅基潤滑脂摩擦學(xué)性能的影響[J].石油煉制與化工，2020，5（8）：76-80.

[27]夏延秋，韓鈺，馮欣.離子液體潤滑性及導(dǎo)電能力研究進(jìn)展[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（6）：794-802.

[28]李自穎，荊兆剛，郭峰，等.離子液體添加劑對(duì)潤滑脂導(dǎo)電性及摩擦學(xué)性能影響的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)（中英文），2024，44（7）：903-911.

[29]王偉.幾種改性碳復(fù)合材料潤滑脂的載流潤滑研究[D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2020.

[30]曹瑞香，孫嵐.TiC晶須增強(qiáng)增韌的金剛石鋸片的研制[J].粘接，2021，48（10）：46-48.

[31]ZHANG YY，ZHANG Y Z，DU S M，et al.Tribological properties of pure carbon strip affected bydynamic con-tact force during current-carrying sliding.[J].Tribology International，2018，123：256-265.

[32]鄭帥周，周琦，楊生榮，等.氟化石墨烯的制備及其作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（3）：402-408.

[33]LIU L，ZHOU M，LI X，et al.Research progress in appli-cation of 2D materials in liquid-phase lubrication sys-tem[J].Materials，2018（11）：1314.

[34]萬佳祺，靳龍，周銘，等.石墨烯作為軋鋼機(jī)軸承潤滑脂添加劑的研究[J].潤滑與密封，2022，47（1）：134-140.

（責(zé)任編輯：張玉平）