金属/烧结碳基复合受电弓滑板材料的力学与摩擦磨损性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengjuanjuan8288
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随着近年来我国对轨道交通建设的大力投入,我国高铁和城市轨道交通总里程数已经一跃成为世界第一。受电弓滑板作为轨道交通列车运行时的重要集电元件,其需求量越来越大。但目前受电弓滑板仍是我国高铁技术的一个短板,需要大量进口国外产品,因此突破受电弓滑板国产化的技术限制已成为当前轨道交通发展的重要任务。本文对金属/烧结碳基复合受电弓滑板的碳基体进行了设计,分析了浸入烧结碳基体的金属体积与石墨含量对材料性能的影响,对铝/烧结碳基复合受电弓滑板和铜/烧结碳基复合受电弓滑板两类材料的力学性能、物理性能、显微组织形貌以及摩擦磨损性能进行细致研究。取得的主要成果如下:(1)分别使用不同密度烧结碳为基体,以6201铝合金为浸渍金属,通过机械压力浸渗工艺制备了五种不同性能的铝/烧结碳基复合受电弓滑板材料。研究表明铝/烧结碳基复合滑板在浸铝合金体积达到26.92%时,机械性能达到最佳,其抗压强度为304.28MPa、抗折强度为95.76MPa、冲击韧性为0.8J/cm2。浸铝合金工艺过程大幅提高了碳基复合材料滑板的机械性能,其机械强度与浸铝合金体积和分布状态密切相关。在铝合金的浸渗过程中发生了界面反应,生成了Al4C3界面相降低了铝碳间的润湿角。铝/烧结碳基复合受电弓滑板中铝合金体积影响着其摩擦磨损性能,随着滑板中铝合金体积的增大其摩擦系数呈现增大的趋势,最大达到0.2。铝/烧结碳基复合滑板材料干摩擦磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。(2)以铜合金为浸渍金属,不同石墨含量的烧结碳为基体,采用气压浸渗工艺制备出电阻率低、自润滑性能优异的铜/烧结碳基复合受电弓滑板。发现铜/烧结碳基复合滑板在烧结碳中石墨含量为5%时,机械性能达到最优,其抗压强度为159.81MPa、抗折强度为47.52MPa、冲击韧性为0.4 J/cm2。铜/烧结碳基复合滑板的机械强度随着石墨含量的提高而减小,但其摩擦磨损性能则会大幅提高。石墨在摩擦过程中会形成润滑膜减小摩擦磨损。在载流摩擦实验中,其摩擦系数随着电流呈现先增大再减小的趋势,最小值仅为0.187,而磨损量则随着电流的增大上升。载流实验中,在小电流大载荷的情况下,以粘着磨损和磨粒磨损为主,在大电流小载荷的情况下,则以电气磨损为主要磨损形式。
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