基于载流摩擦损伤表面的不均匀性,采用放电等离子烧结工艺,制备水平梯度铜-碳复合材料和均匀铜-碳复合材料,与QCr0.5铬青铜配副,在自制销-盘式高速载流摩擦磨损试验机HST-100上开展试验,使用JSM-56l0LV型扫描电子显微镜、Nano Focusμsurf表面三维形貌仪和LEICA DIM 8倒置显微镜对材料的组织形貌和摩擦后摩擦表面的磨损形貌进行分析;使用能谱仪对摩擦表面的成分进行分析,对比水平梯度铜-碳复合材料载流摩擦磨损性能。结果表明:1.基于放电等离子烧结技术制备的水平梯度铜-石墨复合材料,水平梯度材料层间结合紧密,每层中石墨均匀分布,铜与石墨界面结合紧密;水平梯度铜-碳复合材料与同质量分数的均匀铜-碳复合材料相比,其致密度、电导率和硬度相差不大,适合作为载流摩擦材料。2.对比研究5wt.%C均匀铜-碳复合材料、7.5wt.%C均匀铜-碳复合材料、10wt.%C均匀铜-碳复合材料和水平梯度铜-碳复合材料几种材料:从平均摩擦系数上看,均匀铜-碳复合材料的平均摩擦系数随着碳含量的增加逐渐降低,水平梯度铜-碳复合材料摩擦系数平均值与10wt.%C均匀铜-碳复合摩擦系数相差不大;从磨损率上看,均匀铜-碳复合材料的磨损率随着碳含量的增加逐渐降低,水平梯度铜-碳复合材料的磨损率与碳含量10wt.%C的均匀铜-碳复合材料对比,其磨损率差别不大;从动态摩擦系数看,均匀铜-碳复合材料的动态摩擦系数随着碳含量的增加波动性逐渐减小,梯度铜-碳复合材料的波动性最小;从导电性能看,材料的载流效率和载流稳定性均随着碳含量的增加而增大,梯度铜-碳复合材料的载流效率和载流稳定性与碳含量为10wt.%C的均匀铜-碳复合材料的相差不大;从摩擦机理上看,均匀铜-碳复合材料分析发现,随着碳含量的升高,电弧侵蚀面积逐渐降低。电弧侵蚀区域不但存在于磨损表面出口区和试样的边缘位置,而且在其他位置也有存在,其存在类型主要以长条状电弧烧蚀为主;均匀铜-碳复合材料的磨损机制主要是机械磨损和电弧烧蚀;而水平梯度铜-碳复合材料的电弧侵蚀区域主要集中在摩擦磨损的出口区域,且其磨损形式为机械磨损和电弧烧蚀,但主要以机械磨损为主,电弧烧蚀较少。从以上分析可以看出,梯度铜-碳复合材料的性能最优,其磨损机理主要是机械磨损,电弧烧蚀仅存在于出口区域。3.通过研究速度对梯度铜-碳复合材料载流摩擦性能的影响,随着摩擦速度的增加,从摩擦系数和磨损率上看,摩擦系数和磨损率呈现先减小后增大再减小的趋势;且摩擦速度在50m/s时,水平梯度铜-碳复合材料的摩擦系数和磨损率均达到最低值;从材料的载流性能上看,摩擦试样在载流摩擦磨损过程中,摩擦试样的载流效率和载流稳定性均呈现减小后增大再减小的趋势,载流效率稳定在72%～87%之间,载流稳定性稳定在72%～78%之间;从磨损机理分析,随着摩擦线速度的增加,摩擦表面的电弧烧蚀面积逐渐减小,且电弧烧蚀的位置逐渐向出口区域靠近;并且电弧烧蚀的类型主要为熔融和喷溅;随着摩擦速度的增加,水平梯度铜-碳复合材料的粗糙度并未明显增加;同时水平梯度铜-碳复合材料的磨损方式主要是机械磨损,仅存在很小程度上的电弧烧蚀现象,水平梯度铜-碳复合材料对高速载流摩擦磨损优势更加明显。本文通过载流摩擦磨损试验,验证了梯度铜-碳复合材料能改善载流摩擦性能,研究材料的载流摩擦磨损性的方向有重要意义,同时也进一步丰富了载流摩擦学理论。