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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。