C/Cu复合材料制备及不同环境下摩擦学性能的研究

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受电弓滑板作为电力机车重要的受流部件之一,其机械性能、摩擦磨损性能和耐弧性的优劣直接影响到机车运行速度。随着国民经济的快速发展,电气化铁路的运行速度连续提升,对受电弓滑板的综合性能提出了更高的要求。炭/铜复合材料具有优异的自润滑性能、耐腐蚀性能和良好的导电导热性能,因此在滑动导电材料中具有广泛的应用前景。  本文以焦炭粉为增强相,石墨粉为润滑剂,硫化煤沥青为粘结剂,经热压成型、常压炭化后制备出多孔炭基体;然后采用高压液体浸渗法将熔融铜渗入炭基体内,制备出新型受电弓炭基滑板材料。研究了不同焦炭含量炭/铜复合材料的硬度、强度和微观组织。采用往复摩擦磨损实验机研究复合材料在干滑动、去离子水和雨水下的摩擦磨损性能,探究测试环境和载荷对复合材料摩擦磨损性能的影响。  1.制备得到的炭/铜复合材料组织均匀,焦炭含量的提高明显增强了复合材料的机械性能。焦炭/石墨比为80/20时,复合材料的硬度、抗弯强度和抗压强度分别达到147.7 HV,95.44 MPa和322.65 MPa。  2.摩擦系数。焦炭/石墨比为50/50的C/Cu复合材料的平均摩擦系数在0.098~0.158之间波动;干磨和去离子水滑动条件下,摩擦系数随滑动摩擦存在稳定波动区域,表面形成润滑膜,而在雨水腐蚀条件下,摩擦系数随滑动距离的变化呈现动态的连续下降和上升,表面难以成膜。焦炭/石墨比为80/20的C/Cu复合材料的平均摩擦系数在0.1左右,摩擦系数随滑动距离呈现明显的下降趋势,仅在最终阶段有略微上升。  3.磨损率。在干磨、去离子水和雨水条件下,焦炭/石墨比分别为50/50和80/20的C/Cu复合材料的磨损体积均随载荷的增加而上升,磨损率随载荷呈现整体上升的趋势,但不同环境下随载荷增长的程度具有各自的特点。雨水环境下,C/Cu复合材料的磨损率最大,耐磨性降低;去离子水对材料表面具有一定的润滑作用,磨损率最低;干滑动条件下的磨损率居中。在相同滑动条件下,相对于焦炭/石墨比为50/50的复合材料,焦炭/石墨比为80/20的复合材料磨损率明显下降,焦炭含量的增加明显提高了材料的耐磨性。  4.磨损机理。C/Cu复合材料在于磨、去离子水和雨水条件下的磨损过程中都发生了磨粒磨损,粘着磨损和氧化磨损。载荷较小时以磨粒磨损为主,载荷增大时,粘着磨损占主导地位。雨水腐蚀条件下,磨损表面还发生了化学腐蚀磨损及疲劳破坏,磨损严重。
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