环境气氛对C/C复合材料电弧的产生及载流摩擦磨损性能的影响

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本文以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,模拟高速铁路弓网系统的服役条件。采用单因素试验法,研究速度、电流、载荷分别对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副燃弧率、磨损率、及摩擦因数的影响,对不同环境气氛下C/C复合材料的燃弧率及摩擦磨损性能对比研究,借助扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察磨损表面形貌和表面成分变化。探讨不同试验条件下材料的摩擦磨损机理,从微观上解释不同气氛对C/C复合材料燃弧率、磨损率、及摩擦因数的作用机理。试验结果表明:空气气氛下,随着电流和速度的增加,摩擦副的燃弧率增加,随着载荷的增加C/C复合材料的燃弧率先降低后增加,当载荷为70N时燃弧率最小。随着电流和速度的增加C/C复合材料的磨损率增加,相反载荷的增加使磨损率降低,尤其是当电流大于60A时,C/C复合材料的磨损率急剧增加,电流120A时,在速度为30m/s时C/C复合材料的磨损率高达0.041mg/m。研究结果表明材料摩擦因数随着电流、速度、载荷的增加呈逐渐增加趋势。氮气气氛下研究发现, C/C复合材料的燃弧率及摩擦磨损性能变化规律和空气气氛下的变化规律是一致的,但是相较于空气气氛下,氮气气氛下摩擦因数较高,磨损率较低。C/C复合材料磨损表面经扫描电子显微镜观察发现,材料磨损表面有大量磨屑、犁沟、碳纤维、及电弧侵蚀坑;C/C复合材料EDS磨损表面成分分析,摩擦副摩擦过程中除了伴随着磨粒磨损和粘着磨损外,还存在氧化磨损和材料转移,表面除了基体C外还有Cu、O元素的存在,氮气气氛由于试验在无氧气氛下进行的,材料表面只有基体C和转移Cu。
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