服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.001

中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (1): 2-13.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.001

• 多场耦合特殊工况摩擦学专栏 • 上一篇下一篇

服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展

沈明学¹^,²(), 陈思扬², 吴海红³, 肖丽², 王能慧³, 季德惠¹

^1.华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室, 南昌, 330013
^2.华东交通大学材料科学与工程学院, 南昌, 330013
^3.中船九江海洋装备(集团)有限公司, 九江, 332008

收稿日期:2025-03-09 出版日期:2026-01-25 发布日期:2026-02-05
通讯作者: 沈明学
作者简介:沈明学^*（通信作者），男，1982年生，博士、教授、博士研究生导师。研究方向为摩擦学及表面工程。E-mail：shenmingxue@126.com.
基金资助:
国家自然科学基金(52365022);国家自然科学基金(52375181);江西省赣鄱人才支持计划(20243BCE51035);江西省自然科学基金(20242BAB20196);江西省自然科学基金(20224ACB204012);轨道交通基础设施性能监测与保护国家重点实验室自主课题(HJGZ2023208)

Research Progresses of Current Carrying Tribological Behavior of Materials under Influences of Service Environment

SHEN Mingxue¹^,²(), CHEN Siyang², WU Haihong³, XIAO Li², Wang Nenghui³, JI Dehui¹

^1.State Key Laboratory of Performance Monitoring and Protecting of Rail Transit Infrastructure，East China Jiaotong University，Nanchang，330013
^2.School of Materials Science and Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang，330013
^3.China Shipbuilding Jiujiang Marine Equipment （Group） Co. ，Ltd. ，Jiujiang，Jiangxi，332008

Received:2025-03-09 Online:2026-01-25 Published:2026-02-05
Contact: SHEN Mingxue

摘要/Abstract

摘要：

综述了服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展，重点总结了环境湿度、温度、气体成分，以及横风、气压等因素下的载流摩擦学性能及电弧的动态衍化行为；阐明了不同服役环境下的载流磨损机制以及受影响产生的水、冰、氧化膜等第三介质对摩擦副磨损损伤及电弧侵蚀的作用机理，揭示了外界环境因素与载流摩擦副材料损伤之间的内在关联，以推动载流摩擦理论的发展。

关键词: 载流摩擦, 服役环境, 环境温度, 空气湿度, 电弧侵蚀

Abstract:

The research progresses on current-carrying tribological behavior of materials under service environmental influences were reviewed herein. It was summarized that the tribological performance and the dynamic evolution of electrical arcs under various environmental conditions such as humidity， temperature， atmosphere， crosswind， and air pressure. The mechanism of current-carrying wear under different service environments was clarified， along with the roles of third‑body media （e.g.， water， ice， oxide films） induced by the environments in wear damage and arc erosion of the friction pairs. The intrinsic relationship between external environmental factors and material damage in current-carrying friction pairs was revealed to advance the development of current-carrying friction theory.

Key words: current-carrying friction, service environment, environmental temperature, air humidity, arc erosion

中图分类号:

TH117.1

沈明学, 陈思扬, 吴海红, 肖丽, 王能慧, 季德惠. 服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 2-13.

SHEN Mingxue, CHEN Siyang, WU Haihong, XIAO Li, Wang Nenghui, JI Dehui. Research Progresses of Current Carrying Tribological Behavior of Materials under Influences of Service Environment[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(1): 2-13.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.001

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2026/V37/I1/2

图/表 7

图1 载流摩擦关系示意图［9］

Fig.1 Current-carrying friction relationship diagram［9］

图2 不同环境湿度下C/Cu摩擦副的载流摩擦机理图［21］

Fig.2 Current-carrying friction mechanism of C/Cu under different ambient humidity［21］

图3 不同温升条件下碳滑板的磨损形貌［52］

Fig.3 Wear morphology of carbon contact strip at different temperatures［52］

表1 不同环境条件下载流摩擦副典型的摩擦学性能

Tab.1 Typical wear behavior of friction materials under different environmental conditions

环境工况	磨损机制	磨损量	摩擦因数	电弧侵蚀
干燥	黏着磨损^{［14-15，29］}	正常^{［15，17，25］}	正常^{［18，21，25］}	正常^{［17，19］}
高湿	电化学磨损^{［14，29，34］}	减小^{［15， 22-23］}	减小^{［18， 21，25］}	加重^{［17，19，39］}
高温	黏着磨损^{［50-51，59］}	增大^{［52，59］}	减小^{［47，56，60］}	减轻^{［56，60］}
低温	电化学磨损^{［66，71］}	增大^{［64，66，68］}	增大^{［19，75］}	增大^{［71-72，75］}
富氧	氧化磨损^{［82，84-85］}	减小^{［80，87］}	减小^{［80，87］}	加重^{［82，85］}
无氧	机械磨损^{［79，85］}	增大^［80-81］	增大^{［80-81，86］}	减轻^{［82，85］}

图4 电弧产生示意图［98］

Fig.4 Schematic diagram of arc generation［98］

图5 80 A工况下弓网电弧的燃弧过程［105］

Fig.5 Arc ignition process of arc at 80 A［105］

图6 电弧对材料侵蚀后的不同损伤形貌

Fig.6 Different damage morphologies of arc on material erosion

参考文献 129

[1]	WANG Yunfeng， LUO Xinbao， WANG Fu， et al. Interface Analysis for Diamond-like Carbon Film Sliding Against 9Cr18 Steel under Current-carrying Conditions［J］. Diamond and Related Materials， 2024， 144： 111006.
[2]	HUANG Qirui， SONG Chenfei， LIU Zili， et al. Research Progress on the Characteristics of Current-carrying Tribology in Electrical Transmission［J］. Space Solar Power and Wireless Transmission， 2024， 1（1）： 37-47.
[3]	LI Shuaibing， YANG Xingzu， KANG Yongqiang， et al. Progress on Current-carry Friction and Wear： an Overview from Measurements to Mechanism［J］. Coatings， 2022， 12（9）： 1345.
[4]	李占君，孙乐民，张永振. 载流摩擦磨损研究现状及前景［J］. 铁道运输与经济， 2005， 27（1）： 82-84.
	LI Zhanjun， SUN Lemin， ZHANG Yongzhen. The Present Research Status as Well as Prospective of Current-carrier Friction Abrasion［J］. Railway Transport and Economy， 2005， 27（1）： 82-84.
[5]	李聪慧，张燕燕，曾泽祥，等. 载流摩擦磨损研究进展［J］. 润滑与密封， 2022， 47（7）： 153-167.
	LI Conghui， ZHANG Yanyan， ZENG Zexiang， et al. Research Progress of Current-carrying Friction and Wear［J］. Lubrication Engineering， 2022， 47（7）： 153-167.
[6]	LIU Xinlong， ZHENG Yiting， DENG Guohong， et al. Comparative Study of the Current-carrying Property of Different Copper-impregnated Carbon Skateboards/Contact Wires［J］. Tribology International， 2024， 195： 109630.
[7]	WU Guangning， DONG Keliang， XU Zhilei， et al. Pantograph–Catenary Electrical Contact System of High-speed Railways： Recent Progress， Challenges， and Outlooks［J］. Railway Engineering Science， 2022， 30（4）： 437-467.
[8]	董霖，陈光雄，周仲荣. 载流摩擦磨损系统研究［J］. 润滑与密封， 2009， 34（7）： 102-106.
	DONG Lin， CHEN Guangxiong， ZHOU Zhongrong. Research on the System of Friction and Wear with Electric Current［J］. Lubrication Engineering， 2009， 34（7）： 102-106.
[9]	张永振，杨正海，上官宝，等. 典型材料载流摩擦行为［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2012， 33（5）： 9-14.
	ZHANG Yongzhen， YANG Zhenghai， SHANGGUAN Bao， et al. Electro-tribology Behaviors of Typical Materials［J］. Journal of Henan University of Science & Technology （Natural Science）， 2012， 33（5）： 9-14.
[10]	松山晋作，李春阳. 受电弓的受流摩擦学［J］. 电力牵引快报， 1997（1）： 52-60.
	SONG Shanjinzuo， LI Chunyang. Current-collecting Tribology of Pantograph［J］. Control and Information Technology， 1997（1）： 52-60.
[11]	丁涛. 电气化铁路受电弓/接触线摩擦磨损性能及电特性研究［D］. 成都：西南交通大学， 2011.
	DING Tao. Friction and Wear Behaviors and Electrical Properties of Pantogragh Strip/Contact Wire Materials in Electric Railway［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2011.
[12]	周婷婷，牟明磊，白秀琴，等. 海洋结构物摩擦学问题的研究进展［J］. 摩擦学学报， 2013， 33（4）： 420-428.
	ZHOU Tingting， MU Minglei， BAI Xiuqin， et al. Research Progress in Tribological Problems of Ocean Structure［J］. Tribology， 2013， 33（4）： 420-428.
[13]	杨洋，吉利，鞠鹏飞，等. 织构化表面NbSe₂涂层的真空载流摩擦学行为［J］. 摩擦学学报， 2022， 42（4）： 803-811.
	YANG Yang， JI Li， JU Pengfei， et al. Vacuum Current-carrying Tribological Behavior of NbSe₂ Coatings on Textured Surfaces［J］. Tribology， 2022， 42（4）： 803-811.
[14]	孙逸翔，岳洋，宋晨飞，等. 相对湿度对铜材料载流磨损的影响［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2018， 39（1）： 1-4.
	SUN Yixiang， YUE Yang， SONG Chenfei， et al. Effect of Relative Humidity on Triboelectric Wear of Copper［J］. Journal of Henan University of Science and Technology （Natural Science）， 2018， 39（1）： 1-4.
[15]	胡道春，孙乐民，上官宝，等. 紫铜/铬青铜摩擦副在干摩擦和水雾条件下的载流摩擦磨损性能研究［J］. 润滑与密封， 2007， 32（11）： 105-107.
	HU Daochun， SUN Lemin， SHANGGUAN Bao， et al. Tribological Characteristics of T2/QCr_0.5 Rubbing Pairs under Electric Current with and without Water［J］. Lubrication Engineering， 2007， 32（11）： 105-107.
[16]	HUANG Mian， YANG Bing， RONG Youxin， et al. Study on Friction and Wear Properties of Copper-Impregnated Carbon Slide Plate under Different Humidity Conditions［J］. Tribology Transactions， 2023， 66（5）： 953-964.
[17]	胡道春，王蕾. 紫铜摩擦集电材料在阴雨环境中的腐蚀与磨损行为［J］. 腐蚀与防护， 2011， 32（2）： 90-93.
	HU Daochun， WANG Lei. Corrosion and Abrasion Behaviors of T2 Sliding-collecting-current Material in Rainy Environment［J］. Corrosion & Protection， 2011， 32（2）： 90-93.
[18]	袁文征，邱明，李喜军，等. 不同湿度环境中钢/铜配副摩擦磨损性能研究［J］. 润滑与密封， 2010， 35（4）： 24-27.
	YUAN Wenzheng， QIU Ming， LI Xijun， et al. Study on Tribological Properties of Steel-copper Couples in Different Humidity Environments［J］. Lubrication Engineering， 2010， 35（4）： 24-27.
[19]	SHEN Mingxue， JI Dehui， HU Qiang， et al. Current-carrying Tribological Behavior of C/Cu Contact Pairs in Extreme Temperature and Humidity Environments for Railway Catenary Systems［J］. Science China Technological Sciences， 2024， 67（8）： 2537-2548.
[20]	SHIN M W， RHEE T H， JANG H. Nanoscale Friction Characteristics of a Contact Junction with a Field-induced Water Meniscus［J］. Tribology Letters， 2016， 62（2）： 31.
[21]	JI Dehui， LI Hanxin， SHEN Mingxue， et al. The Role of Relatively Humidity in Friction and Wear Behaviors of Carbon Sliding against Copper with Electric Current［J］. Surface Topography： Metrology and Properties， 2021， 9（4）： 048001.
[22]	曾子毅，何泉鑫，陈光雄，等. 环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响［J］. 润滑与密封， 2024， 49（2）： 98-105.
	ZENG Ziyi， HE Quanxin， CHEN Guangxiong， et al. Influence of Environment Humidity on Wear and Temperature Rise of Metal-impregnated Carbon Strip［J］. Lubrication Engineering， 2024， 49（2）： 98-105.
[23]	ZHI Xingshuai， ZHOU Ning， CHENG Yao， et al. Effect and Behaviors of Ambient Humidity on the Wear of Metal-impregnated Carbon Strip in Pantograph-catenary System［J］. Tribology International， 2023， 188： 108864.
[24]	王蒙，郭凤仪，王智勇，等. 潮湿条件下滑板磨耗特性研究［J］. 高压电器， 2018， 54（7）： 292-296.
	WANG Meng， GUO Fengyi， WANG Zhiyong， et al. Study on the Wear Characteristics of Slide Plate under Wet Conditions［J］. High Voltage Apparatus， 2018， 54（7）： 292-296.
[25]	WU Ruixuan， SONG Chenfei， WU Haihong， et al. Effect of Relative Humidity on the Current-carrying Tribological Properties of Cu-C Sliding Contact Pairs［J］. Wear， 2022， 492： 204219.
[26]	李含欣，季德惠，沈明学，等. 环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响［J］. 摩擦学学报， 2022， 42（4）： 709-718.
	LI Hanxin， JI Dehui， SHEN Mingxue， et al. Effect of Environmental Humidity on Tribological Behavior of Carbon/Copper Current-carrying Sliding Contact Pairs［J］. Tribology， 2022， 42（4）： 709-718.
[27]	何可欣，关金发，韩峰，等. 空气湿度对滑板磨耗及温升的影响研究［J］. 电气化铁道， 2023， 34（）： 61-63.
	HE Kexin， GUAN Jinfa， HAN Feng， et al. Study on the Influence of Air Humidity on Skateboard Wear and Temperature Rise［J］. Electric Railway， 2023， 34（S2）： 61-63.
[28]	王星星，辛顺，吴睿渲，等. 不同相对湿度下铜/石墨配副载流摩擦性能研究［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2022， 43（3）： 9-13.
	WANG Xingxing， XIN Shun， WU Ruixuan， et al. Study on Current-carrying Tribological Properties of Copper/Carbon Pairs in Different Relative Humidity［J］. Journal of Henan University of Science and Technology （Natural Science）， 2022， 43（3）： 9-13.
[29]	任育博，彭金方，曹超，等. 雨水环境下碳陶复合材料的载流摩擦磨损性能［J］. 机械工程材料， 2023， 47（1）： 93-99.
	REN Yubo， PENG Jinfang， CAO Chao， et al. Current-carrying Friction and Wear Performance of Carbon Ceramic Composites in Rain Water Environment［J］. Materials for Mechanical Engineering， 2023， 47（1）： 93-99.
[30]	WANG Hong， GAO Guoqiang， DENG Lei， et al. Study on Current-carrying Tribological Characteristics of C-Cu Sliding Electric Contacts under Different Water Content［J］. Coatings， 2023， 13（1）： 42.
[31]	WANG Xiao， YANG Zefeng， GAO Guoqiang， et al. Effect of Wet Condition on the Wear Performance of Carbon Strip and Metal Contact Wire with Electric Current［C］∥2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application （ICHVE）. IEEE， 2020： 1-4.
[32]	LIU Xinlong， ZHENG Yiting， GUAN Xin， et al. An Investigation Revealed the Influence of the Different Magnitude and Duration of the Current-impact on the Wear Property to the Carbon Skateboard/Stainless Steel Contact［J］. Wear， 2024， 548： 205366.
[33]	SONG Chenfei， SUN Yixiang， ZHANG Yanyan， et al. Current-carrying Property and Damage Mechanism of Rolling Contact Pairs in Different Water Conditions： from Vapor to Liquid［J］. Wear， 2021， 477： 203857.
[34]	SUN Yixiang， SONG Chenfei， LIU Zili， et al. Effect of Relative Humidity on the Tribological/Conductive Properties of Cu/Cu Rolling Contact Pairs［J］. Wear， 2019， 436： 203023.
[35]	JI Dehui， XIAO Li， HU Qiang， et al. The Effect of Temperature on the Current-carrying Tribological Behaviour of C/Cu Contact Pairs in High Humidity Environments［J］. Tribology Letters， 2024， 72（2）： 63.
[36]	KATHALINGAM A， SHANMUGAM K， PARK H C， et al. Fabrication of Arrayed Metal Oxide Structures by Electrochemical Local Oxidation Using Metallic Tip with Electric Field and Humidity［J］. Journal of Materials Processing Technology， 2018， 252： 304-312.
[37]	孙逸翔，宋晨飞，李家伟，等. 转速对水环境下纯铜滚动载流摩擦损伤的影响［J］. 摩擦学学报， 2021， 41（3）： 365-372.
	SUN Yixiang， SONG Chenfei， LI Jiawei， et al. Effect of Rotating Speed on Surface Damage of Rolling Current-carrying Pairs in a Water Environment［J］. Tribology， 2021， 41（3）： 365-372.
[38]	SUN Yixiang， SONG Chenfei， LIU Zili， et al. Tribological and Conductive Behavior of Cu/Cu Rolling Current-carrying Pairs in a Water Environment［J］. Tribology International， 2020， 143： 106055.
[39]	孙逸翔.水、氧环境对滚动载流摩擦学特性影响研究［D］.北京：机械科学研究总院，2021.
	SUN Yixiang.Study on the Influence of Water and Oxygen Environment on the Rolling Current-Carrying Tribological Characteristics［D］.Beijing：China Academy of Mechanical Sciences，2021.
[40]	OUYANG Haibo， WANG Peng， LI Cuiyan， et al. Effect of Humidity on the Friction and Wear Behavior of C/C-CuNi Composites［J］. Diamond and Related Materials， 2024， 146： 111144.
[41]	ZHANG Yanyan， LI Conghui， PANG Xianjuan， et al. Evolution Processes of the Tribological Properties in Pantograph/Catenary System Affected by Dynamic Contact Force during Current-carrying Sliding［J］. Wear， 2021， 477： 203809.
[42]	SHANGGUAN B， ZHANG Y Z， XING J D， et al. Study of the Friction and Wear of Electrified Copper against Copper Alloy under Dry or Moist Conditions［J］. Tribology Transactions， 2010， 53（6）： 927-932.
[43]	WANG Xing， YAO Pingping， LI Yuxing， et al. Effects of Material Transfer Evolution on Tribological Behavior in CuCrZr Alloy Paired with 7075 Al Alloy under Current-carrying［J］. Tribology International， 2023， 179： 107960.
[44]	谢宝志，何志江，邓磊，等. 考虑温度作用的浸金属碳滑板磨损量预测方法研究［J］. 铁道标准设计， 2022， 66（10）： 179-184.
	XIE Baozhi， HE Zhijiang， DENG Lei， et al. Wear Prediction of Metal-impregnated Carbon Strip Considering Temperature Effect［J］. Railway Standard Design， 2022， 66（10）： 179-184.
[45]	ZHOU Yuankai， DU Mengdi， ZUO Xue. Influence of Electric Current on the Temperature Rise and Wear Mechanism of Copper–Graphite Current-carrying Friction Pair［J］. Journal of Tribology， 2022， 144（10）： 101701.
[46]	ZHANG Huijie， SUN Lemin， ZHANG Yongzhen， et al. The Study of Arc Rate， Friction， and Wear Performance of C/C Composites in Pantograph–Catenary System［J］. Tribology Transactions， 2014， 57（6）： 1157-1163.
[47]	上官宝，张永振，邢建东，等. 电流密度对铬青铜/黄铜载流配副表面温度和摩擦学特性的影响［J］. 中国有色金属学报， 2008， 18（7）： 1237-1241.
	SHANGGUAN Bao， ZHANG Yongzhen， XING Jiandong， et al. Effect of Current Density on Surface Temperature and Tribology Behavior of Chromium Bronze/Brass Couple［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals， 2008， 18（7）： 1237-1241.
[48]	杨震，丁涛，郭媛. 弓网系统中铜盘/碳销的载流摩擦磨损性能［J］. 材料保护， 2019， 52（11）： 63-67.
	YANG Zhen， DING Tao， GUO Yuan. Friction and Wear Behaviors of Copper Disc/Carbon Pin in Pantograph-catenary System with Electric Current［J］. Materials Protection， 2019， 52（11）： 63-67.
[49]	LIU Xinlong， CAI Zhenbing， HE Jifan， et al. Effect of Elevated Temperature on Fretting Wear under Electric Contact［J］. Wear， 2017， 376： 643-655.
[50]	DING Tao， CHEN Guangxiong， LI Yumei， et al. Friction and Wear Behavior of Pantograph Strips Sliding Against Copper Contact Wire with Electric Current［J］. AASRI Procedia， 2012， 2： 288-292.
[51]	DING T， CHEN G X， WANG X， et al. Friction and Wear Behavior of Pure Carbon Strip Sliding against Copper Contact Wire under AC Passage at High Speeds［J］. Tribology International， 2011， 44（4）： 437-444.
[52]	胡艳，董丙杰，黄海，等. 碳滑板电滑动温升及其对滑板磨损影响的试验研究［J］. 摩擦学学报， 2015， 35（6）： 677-683.
	HU Yan， DONG Bingjie， HUANG Hai， et al. Experimental Study on the Temperature Rise of a Carbon Strip and Its Influence on the Wear Performances of the Carbon Strip［J］. Tribology， 2015， 35（6）： 677-683.
[53]	高成，张芮，黄姣英，等. 高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验［J］. 中国机械工程， 2019， 30（15）： 1867-1872.
	GAO Cheng， ZHANG Rui， HUANG Jiaoying， et al. Finite Element Simulation Analyses and Tests on Internal Temperatures of Electrical Connectors under High Temperatures［J］. China Mechanical Engineering， 2019， 30（15）： 1867-1872.
[54]	肖仕红，张靖柯，张辉耀，等. 大变温工况下电接触件的力学特性与接触性能分析［J］. 中国机械工程， 2021， 32（19）： 2383-2389.
	XIAO Shihong， ZHANG Jingke， ZHANG Huiyao， et al. Analysis of Mechanics Characteristics and Contact Performance for Electrical Contacts under Great Temperature Variation Conditions［J］. China Mechanical Engineering， 2021， 32（19）： 2383-2389.
[55]	骆燕燕，马旋，李晓宁，等. 航空电连接器热循环试验与寿命预测［J］. 中国机械工程， 2018， 29（3）： 333-339.
	LUO Yanyan， MA Xuan， LI Xiaoning， et al. Thermal Cycling Test and Life Prediction of Aviation Electrical Connectors［J］. China Mechanical Engineering， 2018， 29（3）： 333-339.
[56]	王虹. 碳-铜接触副界面氧化对载流摩擦磨损影响机理研究［D］. 成都：西南交通大学， 2022.
	WANG Hong. Research on the Influence of Interface Oxidation on the Characteristics of Friction and Wear of Carbon-copper Electrical Sliding Contacts［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2022.
[57]	TUREL A， SLAVIČ J， BOLTEŽAR M. Electrical Contact Resistance and Wear of a Dynamically Excited Metal–Graphite Brush［J］. Advances in Mechanical Engineering， 2017， 9（3）： 1687814017694801.
[58]	LIU Rutie， CHENG Kai， CHEN Jie， et al. Friction and Wear Properties of High Temperature and Low Temperature Sintered Copper-graphite Brushes at Different Ambient Temperatures［J］. Journal of Materials Research and Technology， 2020， 9（4）： 7288-7296.
[59]	卜俊，丁涛，陈光雄. 温度对受电弓滑板材料磨损的影响［J］. 润滑与密封， 2010， 35（5）： 22-25.
	BU Jun， DING Tao， CHEN Guangxiong. Effect of Temperature on the Wear Behaviour of a Pantograph Strip Material［J］. Lubrication Engineering， 2010， 35（5）： 22-25.
[60]	WANG Hong， GAO Guoqiang， WEI Wenfu， et al. Influence of the Interface Temperature on the Damage Morphology and Material Transfer of C–Cu Sliding Contact under Different Current Amplitudes［J］. Journal of Materials Science， 2022， 57（8）： 5006-5021.
[61]	黄勉，杨冰，廖贞，等. 受电弓滑板磨耗研究综述［J］. 机械工程学报， 2025， 61（8）： 193-213.
	HUANG Mian， YANG Bing， LIAO Zhen， et al. Research on Wear of Pantograph Slide Plate： a Review［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2025， 61（8）： 193-213.
[62]	宁红军. 冬季自然灾害对高寒地区高速铁路的影响及应对措施［J］. 中国铁路， 2023（11）： 101-104.
	NING Hongjun. Influences of Natural Disasters in Winter on High Speed Railways in Alpine Regions and Countermeasures［J］. China Railway， 2023（11）： 101-104.
[63]	杨岗，吕琨，孔国伟，等. 环境温度对地铁刚性接触网弹性与弓网受流质量影响研究［J］. 机车电传动， 2024（1）： 152-165.
	YANG Gang， Kun LYU， KONG Guowei， et al. Influence of Environmental Temperature on the Elasticity of Rigid Catenary and Pantograph-catenary Current Collection Quality of Subway Lines［J］. Electric Drive for Locomotives， 2024（1）： 152-165.
[64]	吴广宁，周悦，雷栋，等. 弓网电接触研究进展［J］. 高电压技术， 2016， 42（11）： 3495-3506.
	WU Guangning， ZHOU Yue， LEI Dong， et al. Research Advances in Electric Contact between Pantograph and Catenary［J］. High Voltage Engineering， 2016， 42（11）： 3495-3506.
[65]	KLOOW L.冬季气候条件下的高速列车运营（续完）［J］. 国外铁道车辆， 2015， 52（4）： 1-9.
	KLOOW L. High Speed Train Operation under Winter Climate Conditions（Continued）［J］. Foreign Rolling Stock， 2015， 52（4）： 1-9.
[66]	周成尧，刘畅. 北京地铁6号线受电弓滑板异常磨耗研究［J］. 铁道机车车辆， 2019， 39（S1）： 51-54.
	ZHOU Chengyao， LIU Chang. Research on Abnormal Wear of Pantograph Slide Plate/Carbon Strip on Beijing Metro Line 6［J］. Railway Locomotive & Car， 2019， 39（S1）： 51-54.
[67]	甄磊. 浅析接触网覆冰现象的危害以及应对措施［J］. 电气化铁道， 2011， 22（3）： 30-32.
	ZHEN Lei. Analysis of Hazard of Ice Coating on Overhead Contact System and Its Counter-measures［J］. Electric Railway， 2011， 22（3）： 30-32.
[68]	刘宇，徐平. 乌鲁木齐地铁1号线弓网异常磨耗研究及解决措施［J］. 设备管理与维修， 2021（20）： 32-33.
	LIU Yu， XU Ping. Research on Abnormal Wear of Pantograph-Catenary System and Solutions for Urumqi Metro Line 1［J］. Plant Maintenance Engineering， 2021（20）： 32-33.
[69]	沈明学，李含欣，季德惠，等. 弓网系统载流摩擦磨损研究现状［J］. 华东交通大学学报， 2021， 38（4）： 113-125.
	SHEN Mingxue， LI Hanxin， JI Dehui， et al. Research Status of Current-carrying Friction and Wear in Pantograph-catenary System［J］. Journal of East China Jiaotong University， 2021， 38（4）： 113-125.
[70]	YAO Yongming， ZHOU Ning， MEI Guiming， et al. Dynamic Analysis of Pantograph-catenary System Considering Ice Coating［J］. Shock and Vibration， 2020， 2020： 8887609.
[71]	李运良. 弓网电弧对覆冰接触网的影响研究［D］. 成都：西南交通大学， 2017.
	LI Yunliang. Study on the Influence of Pantograph-catenary Arc on Ice Covered Catenary［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2017.
[72]	邢立成. 弓网电弧的侵蚀机理及环境变量对侵蚀的影响研究［D］. 北京：北京交通大学， 2020.
	XING Licheng. Erosion Mechanism of Pantograph Arc and the Influence of Environmental Variables on Erosion［D］. Beijing： Beijing Jiaotong University， 2020.
[73]	黎智豪. 高寒及交变环境下弓网接触摩擦磨损性能研究［D］. 南昌：华东交通大学， 2022.
	LI Zhihao. Research on the Wear Properties of Carbon Strips and Contact Wires at Frigid and Alternative Temperatures［D］. Nanchang： East China Jiaotong University， 2022.
[74]	WANG Wenlin， LIANG Yuwen， ZHANG Weihua， et al. Experimental Research into the Low-temperature Characteristics of a Hydraulic Damper and the Effect on the Dynamics of the Pantograph of a High-speed Train Running in Extreme Cold Weather Conditions［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part F： Journal of Rail and Rapid Transit， 2020， 234（8）： 896-907.
[75]	BARNAWI E， SAWA K， MORITA N， et al. The Effect of Various Atmospheric Temperature on the Contact Resistance of Sliding Contact on Silver Coating Slip Ring and Silver Graphite Brush［C］∥2011 IEEE 57th Holm Conference on Electrical Contacts （Holm）. Minneapolis， 2011： 1-8.
[76]	吴旭翔，王少华. 恶劣气候对电气化铁路接触网的影响与对策［J］. 电力安全技术， 2019， 21（9）： 15-19.
	WU Xuxiang， WANG Shaohua. The Effect and Countermeasure of Atrocious Weather in Overhead Catenary of Electrified Railway［J］. Electric Safety Technology， 2019， 21（9）： 15-19.
[77]	LIU Xinlong， LI Zhihao， HU Mingjie， et al. Research on the Wear Properties of Carbon Strips and Contact Wires at Frigid Temperatures［J］. Wear， 2021， 486： 204122.
[78]	ANDERSSON J， ERCK R A， ERDEMIR A. Friction of Diamond-like Carbon Films in Different Atmospheres［J］. Wear， 2003， 254（11）： 1070-1075.
[79]	王观民，张永振，杜三明，等. 不同气体成分环境中钢/铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性研究［J］. 摩擦学学报， 2007， 27（4）： 346-351.
	WANG Guanmin， ZHANG Yongzhen， DU Sanming， et al. Study on Tribological Behavior of Steel-brass Couples in Different Atmosphere under High Speed and Dry Sliding［J］. Tribology， 2007， 27（4）： 346-351.
[80]	ZAIDI H， CSAPO E， NERY H， et al. Friction Coefficient Variation in a Graphite-graphite Dynamical Contact Crossed by an Electric Current［J］. Surface and Coatings Technology， 1993， 62（1/3）： 388-392.
[81]	PAULMIER D， MANSORI MEL， ZAÏDI H. Study of Magnetized or Electrical Sliding Contact of a Steel XC48/Graphite Couple［J］. Wear， 1997， 203： 148-154.
[82]	贾步超，丁涛，陈光雄. 两种气体环境中的不锈钢/浸金属碳带电摩擦磨损的试验研究［J］. 润滑与密封， 2008， 33（6）： 35-37.
	JIA Buchao， DING Tao， CHEN Guangxiong. Friction and Wear Behaviour of Stainless Steel/Copper-impregnated Metallized Carbon with Electric Current in the Nitrogen and Air Environments［J］. Lubrication Engineering， 2008， 33（6）： 35-37.
[83]	王东伟，李发强，赵阳，等. 核安全级DCS设备危险频率下的电接触摩擦学特性［J］. 中国机械工程， 2024， 35（11）： 2063-2070.
	WANG Dongwei， LI Faqiang， ZHAO Yang， et al. Tribological Performance of Electrical Contacts at Risk Frequency of Nuclear Safety Level DCS Equipment［J］. China Mechanical Engineering， 2024， 35（11）： 2063-2070.
[84]	LIU Xinlong， CAI Zhenbing， CUI Ye， et al. Effect of Different Atmospheres on the Electrical Contact Performance of Electronic Components under Fretting Wear［J］. Journal of Physics D： Applied Physics， 2018， 51（15）： 155302.
[85]	张会杰. 环境气体成分对C/C复合材料电弧的产生及载流摩擦磨损性能的影响［D］. 洛阳：河南科技大学， 2014.
	ZHANG Huijie. Environmental Atmosphere on the Arc Caused of C/C Composites and Current-carrying Friction and Wear Properties［D］. Luoyang： Henan University of Science and Technology， 2014.
[86]	张会杰，孙乐民，张永振，等. 环境气体成分对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响［J］. 摩擦学学报， 2015， 35（2）： 236-241.
	ZHANG Huijie， SUN Lemin， ZHANG Yongzhen， et al. The Influence of Environmental Atmosphere on the Tribological Performance of C/C Composites under Electrical Current［J］. Tribology， 2015， 35（2）： 236-241.
[87]	HUANG Shiyin， FENG Yi， LIU Hongjuan， et al. Electrical Sliding Friction and Wear Properties of Cu–MoS₂–Graphite–WS₂ Nanotubes Composites in Air and Vacuum Conditions［J］. Materials Science and Engineering： A， 2013， 560： 685-692.
[88]	赵昊，傅小敏，谢振峰，等. 湿热盐雾环境下直流电机的可靠性研究［J］. 微电机， 2018， 51（9）： 29-31.
	ZHAO Hao， FU Xiaomin， XIE Zhenfeng， et al. Research on Reliability of DC Motor in Damp Heat and Salt Mist Environment［J］. Micromotors， 2018， 51（9）： 29-31.
[89]	陈开运. 高海拔电气设备工作特点及设计要求［J］. 机车电传动， 2005（2）： 19-22.
	CHEN Kaiyun. Working Characteristics and Design Requirement of Electric Equipment for High Height above Sea Level［J］. Electric Drive for Locomotives， 2005（2）： 19-22.
[90]	倪子然. 低气压低氧对碳/铜接触副载流摩擦磨损性能的影响研究［D］. 成都：西南交通大学， 2022.
	NI Ziran. Study on the Effect of Low Air Pressure and Oxygen on the Friction and Wear Performance of the Carbon/copper Contact Pair with Electric Current［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2022.
[91]	张玺. 风环境下高速双弓-网系统动态受流特性研究［D］. 兰州：兰州交通大学， 2021.
	ZHANG Xi. Research on Dynamic Current Collection Characteristics of Highspeed Double-pantograph-catenary System under Wind Load［D］. Lanzhou： Lanzhou Jiatong University， 2021.
[92]	李瑞平，周宁，吕青松，等. 横风环境中弓网动力学性能分析［J］. 振动与冲击， 2014， 33（24）： 39-44.
	LI Ruiping， ZHOU Ning， Qingsong LYU， et al. Pantograph-catenary Dynamic Behavior under Cross Wind［J］. Journal of Vibration and Shock， 2014， 33（24）： 39-44.
[93]	赵飞，刘志刚，韩志伟. 随机风场对弓网系统动态性能影响研究［J］. 铁道学报， 2012， 34（10）： 36-42.
	ZHAO Fei， LIU Zhigang， HAN Zhiwei. Simulation Study on Influence of Stochastic Wind Field to Dynamic Behavior of Pantograph-catenary System［J］. Journal of the China Railway Society， 2012， 34（10）： 36-42.
[94]	宋洋. 环境风下高速铁路弓网动态受流特性研究［D］. 成都：西南交通大学， 2018.
	SONG Yang. Study on High-speed Railway Pantograph-catenary Current Collection Quality under Environmental Wind Laoad［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2018.
[95]	WANG Zhiyong， GUO Fengyi， WANG Xili， et al. Experimental Research on Radiated Electroma Gnetic Noise of Pantograph Arc［C］∥2015 IEEE 61st Holm Conference on Electrical Contacts （Holm）. San Diego， 2015： 256-261.
[96]	张永振，杨正海，上官宝. 载流摩擦的研究现状与挑战［J］. 自然杂志， 2014， 36（4）： 256-263.
	ZHANG Yongzhen， YANG Zhenghai， SHANGGUAN Bao. Research Progress and Challenges in Tribo-electric Systems［J］. Chinese Journal of Nature， 2014， 36（4）： 256-263.
[97]	吴积钦，钱清泉. 受电弓与接触网系统电接触特性［J］. 中国铁道科学， 2008， 29（3）： 106-109.
	WU Jiqin， QIAN Qingquan. Characteristics of the Electrical Contact between Pantograph and Overhead Contact Line［J］. China Railway Science， 2008， 29（3）： 106-109.
[98]	惠阳，刘贵民，闫涛，等. 载流摩擦磨损研究现状及展望［J］. 材料导报， 2019， 33（13）： 2272-2280.
	HUI Yang， LIU Guimin， YAN Tao， et al. Research Status and Prospect of Current-carrying Friction and Wear［J］. Materials Reports， 2019， 33（13）： 2272-2280.
[99]	陈乐瑞，潘秋萍. 电气化铁路弓网电弧现象研究［J］. 工业控制计算机， 2016， 29（9）： 144-145.
	CHEN Lerui）， PAN Qiuping. Research on Arc Phenomenon between Pantograph and Catenary in Electrified Railway［J］. Industrial Control Computer， 2016， 29（9）： 144-145.
[100]	LIU Xinlong， GUAN Xin， ZHONG Yuan， et al. Effect of Different Gaps in the Conductor Rail Joints on the Current-carrying Wear Performance of Carbon Skateboards/Conductive Rail Contact［J］. Wear， 2024， 536： 205172.
[101]	YANG Hongjuan， WANG Kai， LIU Yanhua， et al. The Formation of the Delamination Wear of the Pure Carbon Strip and Its Influence on the Friction and Wear Properties of the Pantograph and Catenary System［J］. Wear， 2020， 454： 203343.
[102]	何常红，吴广宁，张雪原，等. 电铁受电弓-接触网系统电弧现象的研究［C］∥2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集. 烟台，2008： 724-728.
[103]	MIDYA S， BORMANN D， SCHUTTE T， et al. Pantograph Arcing in Electrified Railways—Mechanism and Influence of Various Parameters： Part II： with AC Traction Power Supply［J］. IEEE Transactions on Power Delivery， 2009， 24（4）： 1940-1950.
[104]	CHEN G X， YANG H J， ZHANG W H， et al. Experimental Study on Arc Ablation Occurring in a Contact Strip Rubbing against a Contact Wire with Electrical Current［J］. Tribology International， 2013， 61： 88-94.
[105]	吴广宁，古圳，高国强，等. 弓网电弧形态特性试验研究［J］. 高电压技术， 2015， 41（11）： 3531-3537.
	WU Guangning， GU Zhen， GAO Guoqiang， et al. Experimental Research on Morphological Characteristics of Pantograph-catenary Arc［J］. High Voltage Engineering， 2015， 41（11）： 3531-3537.
[106]	张旭，杨正海，上官宝，等. 不同分离速度小电流滑动摩擦单电弧行为及烧蚀危害［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2020， 41（4）： 1-6.
	ZHANG Xu， YANG Zhenghai， SHANGGUAN Bao， et al. Behavior and Ablation Hazard of Small Current Sliding Friction Single Arc at Different Separation Speeds［J］. Journal of Henan University of Science and Technology （Natural Science）， 2020， 41（4）： 1-6.
[107]	杨正海，宋联美，常红慧，等. 伴生电弧行为及其对滑动载流摩擦的影响［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2018， 39（5）： 7-11.
	YANG Zhenghai， SONG Lianmei， CHANG Honghui， et al. Behaviors of Associated Arc and Its Influences on Sliding Current Carrying Friction［J］. Journal of Henan University of Science and Technology （Natural Science）， 2018， 39（5）： 7-11.
[108]	常红慧，杨正海，张永振，等. 分离速度对滑动载流摩擦过程中电弧及其烧蚀的影响［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2018， 39（4）： 1-5.
	CHANG Honghui， YANG Zhenghai， ZHANG Yongzhen， et al. Effect of Breaking Velocity on Arc and Erosion in Sliding Current-carrying Friction［J］. Journal of Henan University of Science and Technology （Natural Science）， 2018， 39（4）： 1-5.
[109]	SENOUCI A， ZAIDI H， FRENE J， et al. Damage of Surfaces in Sliding Electrical Contact Copper/Steel［J］. Applied Surface Science， 1999， 144： 287-291.
[110]	SUNAR Ö， FLETCHER D， BEAGLES A. Laboratory Assessment of ARC Damage in Railway Overhead Contact Lines with a Case Study on Copper-silver and Low Oxygen Content Copper［J］. IEEE Transactions on Power Delivery， 2021， 36（5）： 3074-3081.
[111]	BARES J A， ARGIBAY N， MAUNTLER N， et al. High Current Density Copper-on-copper Sliding Electrical Contacts at Low Sliding Velocities［J］. Wear， 2009， 267（1/4）： 417-424.
[112]	DING T， CHEN G X， ZHU M H， et al. Influence of the Spring Stiffness on Friction and Wear Behaviours of Stainless Steel/Copper-impregnated Metallized Carbon Couple with Electrical Current［J］. Wear， 2009， 267（5/8）： 1080-1086.
[113]	DONG L， CHEN G X， ZHU M H， et al. Wear Mechanism of Aluminum–Stainless Steel Composite Conductor Rail Sliding against Collector Shoe with Electric Current［J］. Wear， 2007， 263（1/6）： 598-603.
[114]	HU Yan， HUANG Panpan， CHENG Chun， et al. Influence of Arc Discharge on the Temperature and Wear Behaviors of the Contact Strip in Pantograph-rigid Catenary Systems under AC Conditions［J］. Wear， 2024， 546： 205368.
[115]	MEI Guiming. Impact of Voltage on the Electric Sliding Tribological Properties of Current Collectors against Overhead Lines［J］. Wear， 2021， 474： 203868.
[116]	REN Wenjuan， CHEN Guangxiong， DONG Bingjie， et al. Experimental Study of the Effect of Contact Line Profiles on the Wear Mechanism of a Skateboard［J］. Tribology International， 2024， 192： 109317.
[117]	MEI Guiming， FU Wenming， CHEN Guangxiong， et al. Effect of High-density Current on the Wear of Carbon Sliders Against Cu-Ag Wires［J］. Wear， 2020， 452： 203275.
[118]	QIAN Gang， FENG Yi， LI Bin， et al. Effect of Electrical Current on the Tribological Behavior of the Cu-WS₂-G Composites in Air and Vacuum［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2013， 26（2）： 384-392.
[119]	蒋原，马立，武建文，等. 金属液滴蒸发导致航空变频真空电弧弧后击穿的研究［J］. 电器与能效管理技术， 2021（2）： 19-24.
	JIANG Yuan， MA Li， WU Jianwen， et al. Metal Droplet Evaporation in Post-arc Breakdown Process of Aviation Variable Frequency Vacuum Arc［J］. Electrical & Energy Management Technology， 2021（2）： 19-24.
[120]	辛超，武建文，刘斌. H₂和空气下的直流开断电弧的燃弧特性分析［J］. 低压电器， 2011（10）： 6-9.
	XIN Chao， WU Jianwen， LIU Bin. Characteristic Analysis of DC Arc Interrupting under Hydrogen and Air［J］. Low Voltage Apparatus， 2011（10）： 6-9.
[121]	周昱涵，杨泽锋，鲁超，等. 弓网系统离线电弧在低气压环境下运动特性研究［J］. 中国电机工程学报， 2021， 41（15）： 5412-5421.
	ZHOU Yuhan， YANG Zefeng， LU Chao， et al. Research on Motion Characteristics of Offline Arc in Pantograph Catenary System under Low Air Pressure Environment［J］. Proceedings of the CSEE， 2021， 41（15）： 5412-5421.
[122]	LIU Xinlong， ZHOU Chaowei， ZHOU Xinjian， et al. Influence of Different Arc Erosion Durations on the Wear Properties of Carbon Skateboards/Contact Wires under Low Temperature［J］. Wear， 2023， 516： 204600.
[123]	XU Zhilei， GAO Guoqiang， WEI Wenfu， et al. Characteristics of Pantograph-catenary Arc under Low Air Pressure and Strong Airflow［J］. High Voltage， 2022， 7（2）： 369-381.
[124]	郭德龙，晏月，刘虎. 基于深度学习的轨道交通弓网电弧检测方法［J］. 隧道与轨道交通， 2024（3）： 38-40.
	GUO Delong， YAN Yue， LIU Hu. Arc Detection Method for Rail Transit Bow-net System Based on Deep Learning［J］. Tunnel and Rail Transit， 2024（3）： 38-40.
[125]	HUANG Ke， SU Dongdong. Extended Pantograph–Catenary Arc Modeling and an Analysis of the Vehicular-grounding Electromagnetic Transients of Electric Multiple Units［J］. Energies， 2024， 17（7）： 1512.
[126]	YAN Yue， LIU Hu， GAN Linfeng， et al. A Novel Arc Detection and Identification Method in Pantograph-catenary System Based on Deep Learning［J］. Scientific Reports， 2025， 15： 3511.
[127]	TANG Qingfeng， WEI Xiukun， WEI Dehua， et al. High Precision Robust Real-time Lightweight Approach for Railway Pantograph Slider Wear Estimation［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems， 2024， 25（5）： 3973-3985.
[128]	罗茵蓓，葛婷，孙泽勇. 基于电流信号多频带特征的列车弓网燃弧检测方法［J］. 机车电传动， 2024（4）： 181-189.
	LUO Yinbei， GE Ting， SUN Zeyong. Detection Method on Pantograph-catenary Arcing of Electric Locomotives Based on Multi-frequency-band Characteristics of Current Signals［J］. Electric Drive for Locomotives， 2024（4）： 181-189.
[129]	李斌，舒嘉辉，严灵潇，等. 改进黑翅鸢算法的1D-2D-GAF-PCNN-GRU-MSA弓网电弧检测应用［J］. 电子测量与仪器学报， 2024， 38（10）： 201-211.
	LI Bin， SHU Jiahui， YAN Lingxiao， et al. 1D-2D-GAF-PCNN-GRU-MSA Pantograph Arc Detection Application Based on Improved Black-winged Kite Algorithm［J］. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation， 2024， 38（10）： 201-211.

服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展

Research Progresses of Current Carrying Tribological Behavior of Materials under Influences of Service Environment

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 129

相关文章 2

编辑推荐

Metrics

[1]	郭洪飞, 钟方, 任亚平. 不确定服役环境下废旧零部件损伤-质量状态映射模型[J]. 中国机械工程, 2025, 36(10): 2351-2358.
[2]	何喆1, 李佳乐1, 史恺宁1, 樊昱昌3, 黄新春2. 热机载荷下GH4169G车削喷丸加工表面完整性的演化机理[J]. 中国机械工程, 2025, 36(04): 780-789.