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高速列车摩擦接地装置材料的制备及其载流摩擦磨损性能的研究

吕乐华  
【摘要】:本文通过粉末冶金制备了石墨/铜复合材料,研究了锡含量对复合材料机械性能的影响,模拟火车电刷和车轴的服役条件,在HST-100试验机上进行载流摩擦磨损试验。使用单因素试验研究了电流、速度对复合材料摩擦特性和载流性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪、能谱仪(EDS)对摩擦后试样的表面进行观察,研究了不同试验因素对磨损机制的影响。 试验结果表明:由于固溶强化的作用,随着锡含量的增加,复合材料的硬度得到提高,但晶格畸变导致晶体中电子的散射降低了复合材料的导电率,同时锡含量的增加降低了复合材料的密度。 随着电流的增大,复合材料的表面软化,微凸体之间的作用力减小,摩擦系数减小;同时表面的软化容易引起摩擦过程中的粘着,载流效率减小,起弧率增加,造成电弧烧蚀,磨损率随之增大。锡含量越高,由于电阻比较大,在同电流条件下,复合材料产热更多,比较容易软化,所以锡含量越高摩擦系数越小;在电流较小时,锡含量越高磨损率越小,当电流超过60A后,粘着加剧,烧蚀严重,磨损率迅速增大,髙锡材料不适合大电流的载流摩擦。 随着速度的增大,摩擦系数和磨损率都增大。速度的增大使得在摩擦过程中销盘之间的接触状态恶化,载流效率减小,起弧严重,表面变得粗糙,摩擦系数逐渐变大;电弧烧蚀比机械磨损要严重,所以随着速度的增大,复合材料的磨损率增大。当速度较小时,锡含量越高,更易在摩擦表面形成氧化膜,所以摩擦系数和磨损率较小,当速度超过20m/s时,产生粘着,引起电弧烧蚀,磨损率增大,髙锡材料不适合高速载流摩擦。 电滑动摩擦中,随着电流和速度的增大,磨损机制由机械磨损逐渐变为磨损比较严重的电气磨损。


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