综述：关于功能梯度材料的原料混合策略、制造工艺、应用及其摩擦学特性的批判性综述

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：A Critical Review on Feedstock Mixing Strategies, Manufacturing Processes, Applications, and Tribological Properties of Functionally Graded Materials

功能梯度材料（FGMs）通过成分和微观结构的梯度设计，提供单一组件内空间定制性能，具有显著优势。本文综述FGMs制造方法（传统与增材制造），分析金属-金属、金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷体系的摩擦学特性，证实梯度结构可提升磨损抵抗、摩擦稳定性及表面耐久性。金属-陶瓷FGMs磨损率最高降低87%，但增材制造残留应力（达800MPa）、粉末回收、梯度稳定性及工艺优化仍是主要产业化障碍。

　　

摘要

功能梯度材料（FGMs）作为一种新型工程复合材料，其显著特点是成分和微观结构的连续或阶梯式变化，从而能够在单一组件内实现性能的空间定制。这种设计灵活性相较于传统的均质材料具有明显优势，推动了其在航空航天、汽车、生物医学等高性能领域的广泛应用。尽管过去二十五年间FGMs的相关研究迅速发展，但日益多样化的加工方法和应用场景要求对其进行全面评估。与以往的综述不同，本研究结合了最新的制造技术，并对主要FGM系统的摩擦学机制进行了对比分析。文章探讨了FGM制造技术的发展历程，涵盖了传统制造方法和增材制造（AM）技术——后者在梯度设计方面提供了前所未有的控制能力，使得材料结构能够实现精确、可重复和定制化。综述综合了关于金属-金属、金属-陶瓷以及陶瓷-陶瓷FGMs摩擦学行为的最新研究成果，表明工程化的梯度结构显著提升了材料的耐磨性、摩擦稳定性、润滑效率以及动态载荷下的表面耐久性。经过优化的金属-陶瓷FGMs通过形成稳定的自润滑机械混合层，其比磨损率相比均质材料可降低高达87%。金属-金属FGMs具有稳定的摩擦性能，适用于汽车领域；而陶瓷-陶瓷FGMs则在高硬度及腐蚀性环境中表现出色。最后，本文指出了工业应用中的关键障碍，包括某些情况下增材制造产生的残余应力超过800 MPa、粉末回收利用的挑战、梯度结构的稳定性问题以及工艺优化方面的难题。