本文關(guān)鍵詞：銅基自潤滑復(fù)合材料的電磨損及電弧燒蝕性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：滑動電接觸材料的功能是在設(shè)備的固定部件和運(yùn)動部件之間傳導(dǎo)電流,其在運(yùn)行過程中受到機(jī)械載荷和電載荷的共同作用。理想的滑動電接觸材料即要具備良好的減摩耐磨性能,又要具備優(yōu)異的電接觸性能。銅-石墨復(fù)合材料因其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及自潤滑特性,常被用來制備電刷、受電弓滑板等滑動電接觸元件。然而隨著各類電機(jī)的高速高載化以及航空航天工業(yè)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)銅-石墨復(fù)合材料已經(jīng)越來越無法滿足要求。采用粉末冶金熱壓方法制備了石墨含量分別為30wt%、25wt%、20wt%和15wt%,二硫化鎢含量分別為0wt%、5wt%、10wt%和15wt%的四種銅基自潤滑復(fù)合材料,在通電條件下研究了成分對銅-石墨-二硫化鎢復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明：銅-石墨-二硫化鎢雙潤滑劑復(fù)合材料在800℃燒結(jié)時(shí)可以在保證其潤滑性能的同時(shí)獲得較高的機(jī)械強(qiáng)度。隨著二硫化鎢和石墨質(zhì)量比的增加,復(fù)合材料的接觸電壓降隨之增加,而銅-20wt%石墨-10wt%二硫化鎢復(fù)合材料在電磨損過程中展現(xiàn)出最佳的磨損抗力,這主要是由于石墨和二硫化鎢之間優(yōu)異的協(xié)同潤滑作用。研究表明在銅-石墨復(fù)合材料中添加適量的二硫化鎢可以在電能損耗增加不多的同時(shí)顯著提高其磨損抗力。研究了空氣和真空環(huán)境下電流對銅-石墨-二硫化鎢復(fù)合材料摩擦學(xué)行為的影響,并分析了二硫化鎢納米管在電滑動磨損過程中的作用。結(jié)果表明：無論在空氣還是真空中,復(fù)合材料帶電條件下的摩擦系數(shù)和磨損率都要比純機(jī)械磨損時(shí)大,這是因?yàn)殡娏髌茐牧吮砻鏉櫥さ倪B續(xù)性,加劇了摩擦表面間的粘著�？諝庵�,由于銅的氧化物、二硫化鎢和石墨的協(xié)同潤滑作用,復(fù)合材料表現(xiàn)出相對較低的摩擦系數(shù)和磨損率；而真空中只有二硫化鎢提供潤滑,摩擦接觸界面發(fā)生嚴(yán)重的粘著磨損和磨粒磨損,導(dǎo)致復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率較高。真空中接觸界面高溫及表面潤滑膜中含量較高的銅使得實(shí)際載流面積大大增加,因此復(fù)合材料的接觸電壓降較低。使用少量二硫化鎢納米管替代復(fù)合材料中的部分二硫化鎢粉末可以提高復(fù)合材料的磨損抗力并降低接觸電壓降。研究了電流極性、電流密度以及滑動速度對銅基自潤滑復(fù)合材料滑動電磨損性能的影響。結(jié)果表明：空氣環(huán)境中,離子的定向運(yùn)動促進(jìn)了正刷表面的氧化過程但抑制了負(fù)刷表面的氧化過程,導(dǎo)致正刷的磨損率高于負(fù)刷；而真空環(huán)境中,除了常規(guī)的磨損外,金屬液橋侵蝕和電弧侵蝕造成正刷損失額外的材料,而負(fù)刷獲得額外的材料,所以正刷的磨損情況較負(fù)刷嚴(yán)重�？諝猸h(huán)境中正刷的接觸電壓降低于負(fù)刷,而真空環(huán)境中卻相反,正刷的接觸電壓降更高。由于電流熱效應(yīng)破壞了表面潤滑膜的連續(xù)性以及引起局部接觸區(qū)域材料軟化甚至熔化,復(fù)合材料的接觸電阻隨著電流密度的增大而降低,而磨損率隨著電流密度的增大而增大。因?yàn)槟Σ帘砻骈g粘附氣體分子膜的作用,當(dāng)滑動速度由5m/s增大到15m/s時(shí),復(fù)合材料的接觸電阻逐漸增大,而磨損率在10m/s時(shí)達(dá)到最小值。研究了銅-30vol%石墨、銅-30vol%二硫化鎢和銅-30vol%二硫化鉬三種單潤滑劑銅基自潤滑復(fù)合材料的抗電弧燒蝕性能。結(jié)果表明：石墨熔點(diǎn)較高,在電弧放電瞬間主要以氧化的形式損耗,而二硫化鎢和二硫化鉬則會在電弧放電造成的高溫下發(fā)生熔化并與銅基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以銅-30vol%石墨復(fù)合材料的抗電弧燒蝕性能要優(yōu)于銅-30vol%二硫化鎢和銅-30vol%二硫化鉬復(fù)合材料。銅基自潤滑復(fù)合材料的電弧燒損機(jī)制主要有材料的氧化、熔化飛濺、內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)以及疲勞脫落。
【關(guān)鍵詞】：銅基自潤滑復(fù)合材料 電摩擦磨損 二硫化鎢納米管 環(huán)境 電流極性 電流密度 滑動速度 電弧燒蝕
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 致謝9-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-22
• 第一章 緒論22-36
• 1.1 復(fù)合材料22-23
• 1.1.1 復(fù)合材料的定義和分類22
• 1.1.2 復(fù)合材料的特點(diǎn)22-23
• 1.2 金屬基復(fù)合材料23-24
• 1.2.1 金屬基復(fù)合材料的定義和分類23
• 1.2.2 金屬基復(fù)合材料的基本性能23-24
• 1.3 固體潤滑24-26
• 1.3.1 固體潤滑機(jī)理24-25
• 1.3.2 固體潤滑劑的基本性能要求25-26
• 1.4 常用固體潤滑劑26-29
• 1.5 固體自潤滑復(fù)合材料29-31
• 1.5.1 聚合物基自潤滑復(fù)合材料29
• 1.5.2 陶瓷基自潤滑復(fù)合材料29-30
• 1.5.3 金屬基自潤滑復(fù)合材料30-31
• 1.6 電接觸和電接觸材料31-34
• 1.6.1 電接觸31-32
• 1.6.2 電接觸材料的基本特性要求32-33
• 1.6.3 滑動電接觸材料33-34
• 1.7 課題研究的背景及主要內(nèi)容34-36
• 第二章 銅基自潤滑復(fù)合材料的制備和性能表征36-46
• 2.1 銅基自潤滑復(fù)合材料的制備36-37
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料36
• 2.1.2 銅基自潤滑復(fù)合材料的制備過程36-37
• 2.2 銅基自潤滑復(fù)合材料的性能表征方法37-40
• 2.2.1 致密度37-38
• 2.2.2 布氏硬度38
• 2.2.3 電阻率38-39
• 2.2.4 X射線衍射39
• 2.2.5 掃描電子顯微鏡39
• 2.2.6 X射線光電子能譜儀39-40
• 2.2.7 磨損表面粗糙度40
• 2.3 電磨損性能測試原理和實(shí)驗(yàn)裝置40-45
• 2.3.1 電磨損實(shí)驗(yàn)裝置40-42
• 2.3.2 電磨損實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備42-43
• 2.3.3 電刷動態(tài)性能測試原理43-44
• 2.3.4 電磨損實(shí)驗(yàn)條件44-45
• 2.4 主要實(shí)驗(yàn)儀器45-46
• 第三章 成分對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響46-76
• 3.1 銅基自潤滑復(fù)合材料的基本特性47-50
• 3.1.1 銅基自潤滑復(fù)合材料的制備47
• 3.1.2 銅基自潤滑復(fù)合材料的顯微組織分析47-50
• 3.1.3 銅基自潤滑復(fù)合材料的物理機(jī)械性能50
• 3.2 銅基自潤滑復(fù)合材料的接觸電壓降50-57
• 3.2.1 接觸電阻50-54
• 3.2.2 成分對銅基自潤滑復(fù)合材料接觸電壓降的影響54-57
• 3.3 銅基自潤滑復(fù)合材料的摩擦系數(shù)57-67
• 3.3.1 金屬基自潤滑復(fù)合材料的潤滑減摩機(jī)理57-60
• 3.3.2 成分對銅基自潤滑復(fù)合材料摩擦系數(shù)的影響60-67
• 3.4 銅基自潤滑復(fù)合材料的磨損67-73
• 3.4.1 銅基自潤滑復(fù)合材料的電磨損機(jī)理67-70
• 3.4.2 成分對銅基自潤滑復(fù)合材料磨損率的影響70-73
• 3.5 本章小結(jié)73-76
• 第四章 環(huán)境對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響76-94
• 4.1 Cu-G-WS_2和Cu-G-WS_2-WS_2納米管復(fù)合材料的基本特性77-78
• 4.2 銅基自潤滑復(fù)合材料表面潤滑膜的組成和形成機(jī)理分析78-87
• 4.3 銅基自潤滑復(fù)合材料在不同環(huán)境下的接觸電壓降87-88
• 4.4 銅基自潤滑復(fù)合材料在不同環(huán)境下的摩擦系數(shù)88-90
• 4.5 銅基自潤滑復(fù)合材料在不同環(huán)境下的磨損率90-92
• 4.6 WS_2納米管在電滑動磨損過程中的作用92
• 4.7 本章小結(jié)92-94
• 第五章 電流極性對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響94-106
• 5.1 電流極性對空氣環(huán)境下銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響95-98
• 5.2 電流極性對真空環(huán)境下銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響98-103
• 5.3 環(huán)境變化對正負(fù)電刷接觸電壓降間極性效應(yīng)的影響103
• 5.4 本章小結(jié)103-106
• 第六章 電流密度、滑動速度對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響106-116
• 6.1 電流密度對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響106-111
• 6.2 滑動速度對銅基自潤滑復(fù)合材料電磨損性能的影響111-115
• 6.3 本章小結(jié)115-116
• 第七章 銅基自潤滑復(fù)合材料的電弧燒蝕性能研究116-126
• 7.1 電弧燒蝕實(shí)驗(yàn)116-117
• 7.2 單潤滑劑銅基自潤滑復(fù)合材料的基本特性117-119
• 7.3 電流波形圖和耐電壓強(qiáng)度119-121
• 7.4 燒蝕機(jī)理分析121-125
• 7.5 本章小結(jié)125-126
• 第八章 全文總結(jié)126-130
• 參考文獻(xiàn)130-142
• 攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況142-144

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：333655