【摘 要】
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随着工业的发展,对电刷这类常用的滑动电接触材料的性能要求也越来越高。金属纤维电刷作为一种新型的电刷,由于其特殊的结构,在大电流密度和非润滑条件下具有广阔的应用前景。本文采用针织法制备了体积分数为20%的纤维高度定向、均匀分布的紫铜纤维电刷和银纤维电刷。研究了铜碳电刷、紫铜纤维电刷和银纤维电刷与GCr15钢盘滑动时电流对其摩擦磨损性能和滑动电接触性能的影响,对三种电刷和钢盘的磨损表面进行了表征,揭示
【基金项目】
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国家自然科学青年基金（编号:51804272）
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随着工业的发展,对电刷这类常用的滑动电接触材料的性能要求也越来越高。金属纤维电刷作为一种新型的电刷,由于其特殊的结构,在大电流密度和非润滑条件下具有广阔的应用前景。本文采用针织法制备了体积分数为20%的纤维高度定向、均匀分布的紫铜纤维电刷和银纤维电刷。研究了铜碳电刷、紫铜纤维电刷和银纤维电刷与GCr15钢盘滑动时电流对其摩擦磨损性能和滑动电接触性能的影响,对三种电刷和钢盘的磨损表面进行了表征,揭示了其磨损机理。具体内容如下:（1）研究了电流对铜碳电刷摩擦磨损性能的影响,发现铜碳电刷的摩擦系数随电流增大而下降,磨损率从0 A时的0.350×10-6 mm3/（N·m）逐渐增加至8 A时的1.722×10-6 mm3/（N·m）,其中电磨损率与接触电阻功率成正比;研究了电流对铜碳电刷滑动电接触性能的影响,发现铜碳电刷的接触电阻和电噪声随着电流密度的增大而不断下降,这可归因于电流热效应所导致的铜碳电刷材料的软化;研究了电流对铜碳电刷磨损机制的影响,发现铜碳电刷在无电流条件下的主要磨损机制是粘着磨损,随着电流的增大,主要磨损机制逐渐变为磨粒磨损,这与摩擦表面上表面润滑膜的形成和磨屑的增多及其氧化有关。（2）研究了电流对紫铜纤维电刷摩擦磨损性能的影响,发现随着电流从0 A增加到8A,紫铜纤维电刷的摩擦系数增大,磨损率从初始的1.22×10-5 mm3/（N·m）增加到5.67× 10-5 mm3/（N·m）,其中电磨损率与接触电阻功率成正比;研究了电流对紫铜纤维电刷滑动电接触性能的影响,发现随着电流从2A增加到8A,接触电阻从560mΩ降低到130 mΩ,电噪声也显示出类似的下降趋势,这可归因于电弧引起的接触点的微焊接;研究了电流对紫铜纤维电刷磨损机制的影响,发现在无电流时,紫铜纤维电刷的主要磨损机制为轻微的粘着磨损,在低电流时,主要磨损机制为适度的粘着磨损,在高电流下电弧侵蚀引起的电磨损成为紫铜纤维电刷的主要磨损机制,并产生严重的氧化。（3）研究了电流对银纤维电刷摩擦磨损性能的影响,发现银纤维电刷的摩擦系数随电流的增大而增大,磨损率从0A时的0.67×10-5 mm3/（N·m）逐渐增加到8A时的2.85× 10-5 mm3/（N·m）,提高了约4倍,其中电磨损率与接触电阻功率成正比;研究了电流对银纤维电刷滑动电接触性能的影响,发现银纤维电刷在经过初步磨合后,可以达到稳定的接触电阻,接触电阻从2 A时的34.3 mΩ下降至8 A时的19.4 mΩ,电噪声也显示出类似的下降趋势,这可归因于电弧引起的接触点的微焊接和纤维尖端的塑性变形;研究了电流对银纤维电刷磨损机制的影响,发现在无电流或低电流时,电刷的主要磨损形式为粘着磨损,在高电流时,银纤维电刷的磨损机制为严重的粘着磨损和电弧侵蚀引起的电磨损,此时电磨损比机械磨损更为严重,但没有发生严重的氧化。
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