滑动摩擦条件下电弧对C/C复合材料载流摩擦磨损性能的影响

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本文以 C/C复合材料/铬青铜为摩擦副，模拟电力机车弓网系统的服役条件，在 HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行试验，并用高速摄像机拍摄电弧图像，用光敏二极管检测电弧光强。将电弧面积作为表征电弧大小的参量，研究载流摩擦过程中电弧的行为特性，分析电弧对材料载流摩擦磨损性能的影响，并研究速度、电流和载荷对电弧的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、三维表面形貌仪和能谱仪(EDS)观察磨损表面形貌及表面成分变化，探讨载流条件下C/C复合材料的摩擦磨损机制及其表面行为。
　　试验结果表明，电弧具有随机性，即起弧位置随机、电弧相对光强随机；电弧具有运动性，短时小电弧起弧后在起弧点附近上下跳动，短时大电弧和长时大电弧起弧后有向摩擦方向运动的趋势，其在燃弧后期拉出摩擦面。电弧对材料磨损面的侵蚀是不均匀的，在电弧侵蚀下，销试样的下端被电弧严重侵蚀，摩擦表面被电弧侵蚀后成分分布不均。
　　电弧面积与电弧能量有很好的相关性，电弧面积越大，电弧能量越高，电弧对材料的侵蚀越严重。在不同的试验条件下，随着电弧面积的增大，载流摩擦副的载流稳定性变差，载流效率先增大后减小，C/C复合材料的磨损率增大，摩擦因数先减小后增大。随着电弧面积的增大，当电弧面积超过一定值时，C/C复合材料的磨损机制由磨粒磨损机制为主转化为电弧侵蚀机制为主。在一定载荷条件下，随着电流和速度增大，电弧面积增大。在电流和速度一定的条件下，随着载荷增大，电弧面积减小。
　　C/C复合材料磨损表面经扫描电子显微镜和三维形貌仪观察发现，在较小电弧的侵蚀作用下，磨损表面由大量的犁沟和少量的因电弧烧蚀而形成的孔洞构成，在较大电弧的侵蚀作用下，磨损表面由大量的孔洞和少量的断裂碳纤维构成，随着电弧面积的增大，磨损表面的粗糙度增大；C/C复合材料磨损表面经EDS成分分析发现，磨损表面除了基体元素 C之外，还有大量摩擦盘上的转移Cu元素和少量的O元素，磨损表面存在氧化磨损和材料转移。

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作者
牛晓彬;
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作者单位

河南科技大学;

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授予单位河南科技大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名张永振;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类非金属复合材料;
关键词
C/C复合材料; 电弧能量; 载流效率; 摩擦磨损性能; 滑动摩擦;

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