银铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究

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本文采用粉末冶金的方法制备了四种成分的银铜基复合材料。对用于电接触领域的银铜基复合材料进行了物理力学性能测试和显微组织观察分析;在大气条件下,将电接触银铜基复合材料与黄铜滑环组成一对摩擦副,利用自制的环块式摩擦磨损试验机进行载流摩擦磨损试验,在摩擦过程中改变输入参数(电流、滑动速度、压力),收集输出参数(接触电阻、摩擦系数、磨损量),并利用以上参数分析复合材料的电接触摩擦磨损性能。最后根据输入输出数据,并结合复合材料的接触摩擦表面形貌,对复合材料的电接触摩擦磨损状态及摩擦机理进行分析研究。研究结果表明:(1)在银铜基复合材料中,添加的固体润滑剂石墨或石墨烯的含量越多,则复合材料的强度降低、密度降低;在复合材料的组织中,金属基体连接状态越好,即金属网状骨架的完整性越好,则复合材料的导电性越好,强度也越高。金属基体中添加铅对复合材料的强度与密度没有明显影响。综合复合材料的抗弯强度、电阻率、硬度和显微组织,成分2(80wt.%银-14wt.%铜-6wt.%石墨)样品和成分3(72wt.%银-20wt.%铜-8wt.%石墨)样品的静态性能相对较好。(2)在载流摩擦磨损试验中,压力和速度一定(1.7N、600r/min)时,分析了载流大小对复合材料摩擦磨损性能的影响。复合材料的摩擦系数随加载电流的增加而增大;其中石墨烯-银铜基复合材料的摩擦系数小于石墨-银铜基复合材料的摩擦系数。在外加电流较小(≤20A)的摩擦条件下,基体金属中添加2wt.%的铅能减小材料的磨损量,但对摩擦系数没有明显影响。摩擦过程中接触表面的电阻也随加载电流的增加而增加,当加载电流一定时,试样1(76wt.%银-20wt.%铜-4wt.%石墨烯)的接触电阻最小,试样4(70wt.%银-20wt.%铜-8wt.%石墨-2wt.%铅)的接触电阻最大。在加载电流逐渐增加的过程中(0-30A),电流越大,复合材料的磨损量越大。(3)在载流摩擦磨损试验中,压力和外加电流(1.7N、20A)一定时,分析了摩擦速度的变化对复合材料摩擦磨损性能的影响。复合材料的摩擦系数随滑动速度增加呈现减小趋势,当速度增大到800r/min时,则摩擦系数的变化幅度趋于平稳。摩擦面的接触电阻随滑动速度的增加而减小;而且在速度一定时,表面接触电阻随摩擦时间的增加,都有一个从小变大并趋于稳定的过程,其中试样1的接触电阻的稳定性最好。复合材料的磨损量随滑动速度的增加而增大;在四组复合材料样品中,试样3的耐磨性相对较好,磨损量的增幅最小且稳定。(4)摩擦磨损过程中,接触压力对摩擦系数、接触电阻和磨损量都有一定的影响。接触压力大,则摩擦系数大、接触电阻小;接触压力大,则磨损量也会增大。(5)在载流摩擦磨损条件下,银基复合材料的主要磨损机制为:黏着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀。
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