综述：关于孔隙率、孔径大小和孔隙形态对粉末冶金（PM）及相关技术制备的多孔钢合金摩擦学性能影响的综合研究

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：A Comprehensive Review on the Impact of Porosity Fraction, Size, and Morphology on the Tribological Characteristics of Porous Steels Alloys Produced by Powder Metallurgy (PM) and Related Techniques

多孔钢的孔隙特性对其摩擦学性能影响显著，孔隙率增加会提升表面粗糙度并降低硬度，导致摩擦系数和磨损率上升。但在特定条件下，如细小封闭孔隙或油浸处理，孔隙可形成微储油池稳定边界膜，减少摩擦磨损。研究指出，相似材料对接触以粘着磨损为主，而异种接触则易引发剥落磨损，孔隙作为裂纹起源加剧破坏。通过表面致密化、热处理改性、涂层技术（如MoS?/石墨）及超声纳米晶处理等策略可有效优化性能。低至中等孔隙率与合理设计可平衡减重、吸振与摩擦磨损需求。

　　

摘要

孔隙率是材料的一种物理特性，它表明材料内部存在空隙，这些空隙会改变材料与其周围环境之间的机械相互作用方式。金属产生孔隙的原因有很多，主要取决于金属的制造方法。多孔钢合金被用于轴承、齿轮以及其他需要承受滑动或滚动接触的部件中。本文综述了最近的研究成果，探讨了粉末冶金（PM）、金属注射成型（MIM）和基于激光的增材制造方法所生产的多孔钢的孔隙率、孔径和孔隙形态如何影响其摩擦学性能。在大多数研究中，孔隙率的增加会提高表面粗糙度并降低硬度，使应力集中在孔隙边缘，从而减少实际的承载面积。因此，摩擦系数和磨损率通常会随着孔隙率的增加而上升。不过也有一些例外情况：当孔隙细小、封闭或经过刻意油浸处理时，孔隙可以起到微储库的作用，稳定边界膜、捕获碎屑，并在某些条件下（尤其是在不同摩擦副的接触面为贴合型且处于湿润环境时）间歇性地降低摩擦和擦伤。对于相同的摩擦副（多孔钢与普通钢接触），即使有润滑作用，孔隙率也会对性能产生不利影响。在相同的摩擦副接触条件下，粘着磨损机制占主导；而对于不同的摩擦副接触条件，由于孔隙会成为裂纹的起始点，因此磨料磨损和分层磨损会成为主要磨损形式；在润滑的齿轮和销钉中，碎屑的隔离和自润滑作用可以部分抵消硬度降低带来的负面影响。本文还介绍了提高性能的策略，包括表面致密化处理（滚压/抛光）、针对多孔基材定制的热化学处理（渗碳/氮化）、固体润滑剂或硬质涂层（如MoS?/石墨、高熵合金或硬质合金涂层）、超声波纳米晶体表面改性，以及有目的的孔隙设计或油浸处理。总体而言，现有证据表明，在孔隙率较低至中等范围内，通过控制孔径并进行适当的表面处理，可以在减轻重量和减震的同时，实现可接受的摩擦系数和磨损率。