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受电弓滑板和集电靴是列车供电的重要元件,对列车的正常运行至关重要,铜基复合材料导电良好、力学性能优良,是电力机车集电元件的主要候选材料。列车运行时集电元件与铜导线或金属导轨接触,粘着磨损严重,导线更换难度大、耗时长,降低了列车的运输效率。因此,研发出具有优异性能的铜基复合材料具有重要的应用价值。石墨烯具有良好的导热、导电、力学、摩擦学性能,在电子、能源、力学、医学等领域具有潜在应用价值。3D石墨烯基本保留了二维石墨烯原有的优良特性,同时独特的自支撑结构能够有效降低团聚效应,因此较二维石墨烯更有应用价值和可能性。目前,世界上关于3D石墨烯在铜基受电弓滑板和集电靴中的应用研究报道相对较少。本文采用全方位行星球磨机混料来解决3D石墨烯混料过程中易漂浮在粉末表面的问题。通过压制成型、加压烧结制备了3D石墨烯增强铜基粉末冶金材料,本文系统地研究了不同含量的3D石墨烯对铜基粉末冶金材料的影响。结果表明:(1)当仅添加0.4wt%的3D石墨烯时,Cu-5wt%Sn的粉末冶金材料的密度、冲击强度和布氏硬度最小,即8.21g/cm~3、9.3J/cm~2和91.8HBW,电阻率最大,为0.111μΩ·m。随着3D石墨烯含量从0到0.4wt%,摩擦系数在0.53-0.68之间,磨耗量从6.81g/(kN·m)增加到23.39g/(kN·m)。(2)同时添加含量为0.8wt%的3D石墨烯和鳞片石墨,Cu-5wt%Sn粉末冶金材料的密度,冲击强度和布氏硬度最小,即7.68/cm~3、8.1J/cm~2和85.3HBW,电阻率最大,为0.129μΩ·m。随着3D石墨烯含量从0到0.4wt%,摩擦系数在0.22-0.43之间,磨耗量从60.47g/(kN·m)增加到93.92g/(kN·m)。(3)同时添加含量为0.8wt%的3D石墨烯和高碳铬铁,Cu-5wt%Sn粉末冶金材料的密度、冲击强度和布氏硬度最小,即6.48g/cm~3、2.1J/cm~2和59.8HBW,电阻率最大,为0.268μΩ·m。随着3D石墨烯含量从0到0.8wt%,摩擦系数在0.30-0.45之间,样品的磨耗量从69.29g/(kN·m)增加到133.52g/(kN·m)。(4)同时添加含量为0.8wt%的3D石墨烯和碳化硅,Cu-5wt%Sn粉末冶金材料的密度、冲击强度和布氏硬度最小,即6.36g/cm~3、1.9J/cm~2和58.4HBW,电阻率最大,为0.250μΩ·m。随着3D石墨烯从0-0.8wt%,摩擦系数在0.23-0.36之间。样品的磨损量先下降后上升,3D石墨烯含量为0.2wt%,磨耗量最小,为80.80g/(kN·m);当3D石墨烯含量为0.8wt%时,磨耗量最大,为150.62g/(kN·m)。(5)同时添加含量为0.8wt%的3D石墨烯和铜包覆石墨粉,Cu-5wt%Sn粉末冶金材料的密度、冲击强度和布氏硬度最小,即6.64g/cm~3、3.6J/cm~2、76.7HBW,电阻率最大,为0.201μΩ·m,随着3D石墨烯从0-0.8wt%,摩擦系数在0.15-0.25之间,样品的磨耗量从62.99g/(kN·m)增加到133.52g/(kN·m)。(6)随着烧结压力的增加,3D石墨烯/高碳铬铁、3D石墨烯/碳化硅和3D石墨烯/铜包石墨粉增强的Cu-5wt%Sn粉末冶金材料的综合性能得到明显改善,烧结温度的增加导致力学性能出现了不同程度的降低。