表面粗糙度对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损性能影响的研究

以铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副为对象,应用销盘式摩擦磨损模拟试验,研究载流条件下摩擦副的表面粗糙度对摩擦学特性的影响规律.结果表明:表面越粗糙,越易起弧,形成更高的电弧能量,磨损形式主要是磨粒磨损、电弧侵蚀;表面越光滑,燃弧时间越长,电弧能量越高,摩擦因数越低,磨损形式主要是黏着磨损、电弧侵蚀;表面粗糙度有一个最佳值,在这个表面粗糙度下电弧能量最小、质量磨损率也最小.     

铜基粉末冶金载流摩擦磨损微观形貌分析

对铜基粉末冶金材料进行载流摩擦磨损实验,对磨损后的微观组织进行了观察与分析.结果表明,铜基粉末冶金材料在载流条件下,销试样表面不断发生氧化,电流为40和60 A时,摩擦表面覆盖着一层Fe的氧化物;电流为80和100 A时试样由于表面温度更高,形成Cu的氧化物.产生氧化物的不同,电弧产生烧损的严重程度不同,是导致不同电流下磨损机制不同、磨损率相差大的原因.电流较大时电烧蚀严重,加快了磨损进程.     

铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损的电弧侵蚀特性研究

在销/盘式载流摩擦磨损试验机上,对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损的电弧侵蚀特性进行了研究,探讨了电弧对铜基粉末冶金材料的载流摩擦学特性的影响.利用方差分析表,采用F检验法对电流、载荷、速度3种因素进行了显著性检验.结果显示电流对电弧能量的大小有影响,载荷、速度对电弧能量有显著影响;随着速度的增加,电弧的强度和发生频率均增大;低速下,主要是磨粒磨损和粘着磨损,高速下,主要是电弧侵蚀和粘着磨损.     

离线率对铜基粉末冶金载流摩擦磨损性能的影响

在自制的销-盘式载流摩擦磨损试验机上,通过正交试验考察试验因素对离线率的影响;利用统计学相关系数理论,对离线率与载流质量和电弧能量进行定量分析;借助扫描电子显微镜对销试样磨损后的表面进行观察。结果表明:电流对离线率的大小没有影响,载荷、速度对离线率有影响,其中速度对离线率有显著影响;载流质量和电弧能量与离线率的大小存在一定相关性,离线率越大,载流质量越差,电弧能量越大;较低离线率下,材料摩擦表面以塑性变形为主;较高离线率下,摩擦表面有大量电弧侵蚀坑和孔洞。     

电弧能量对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流效率及载流稳定性的影响

以铜基粉末冶金/铬青铜为摩擦副,在销-盘式摩擦磨损试验机上进行载流摩擦学特性研究,探讨电弧能量对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流效率、载流稳定性的影响。结果表明:载流效率、载流稳定性与电弧能量的大小是密切相关的,电弧能量越大,载流效率、载流稳定性越差;频率相对均匀和瞬间电弧能量密度小的电弧可以维持电流的连续性,有较好的载流稳定性及较高的载流效率,而瞬间较高的电弧能量使载流效率急剧降低,载流稳定性变差;电弧发生及能量大小的随机性与不确定性及电弧对试样表面的侵蚀都导致了销试样间电压与电阻的波动,是载流效率和载流稳定性变差的主要原因。     

铜基粉末冶金材料/铬青铜摩擦副中的电弧侵蚀机制

以铜基粉末冶金材料/铬青铜为摩擦副,在销-盘式摩擦磨损试验机上进行载流摩擦学特性研究。在多种条件下试验,探讨载流条件下铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副中的电弧侵蚀机制。结果表明:载流摩擦下销试样磨损形式主要以机械磨损、电流和机械综合作用下的磨损、电弧侵蚀为主;电弧对铜基粉末冶金材料的侵蚀主要是熔融材料的黏着磨损、磨粒磨损,电弧作用下材料表层的疏松化、材料的蒸发与转移、材料的熔融积瘤。     

摩擦速度和电流密度对铜基复合材料载流摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了3%SiC-10%C-87%Cu和10%C-90%Cu两种铜基复合材料,并在销盘式载流摩擦磨损试验机上进行试验,研究了摩擦速度和电流密度对这两种复合材料燃弧率、载流效率以及摩擦因数和磨损率的影响。结果表明:在相同的试验条件下,与C/Cu复合材料相比,SiC/C/Cu复合材料的摩擦因数较大,磨损率较小;燃弧率主要由摩擦材料表面的接触状态及电流密度决定,载流效率受燃弧率的影响较大;当摩擦速度为10~25m·s-1时,两种复合材料的燃弧率均低于10%,载流效率均维持在85%以上,随着摩擦速度增大至30m·s-1,它们的燃弧率均急剧增大,载流效率均急剧降低;随着电流密度增大,两种复合材料的燃弧率均逐渐增大,载流效率均逐渐减小。     

铜-二硫化钼粉末冶金材料的载流摩擦磨损性能研究

将MoS2粉末与铜粉、镍粉、铁粉、铅粉均匀混合后冷压并经880℃烧结,制备了Cu-10%MoS2和Cu-20%MoS22种销试样。以铬青铜QCr0.5为盘试样,采用自制的载流摩擦磨损试验机,研究了铜-二硫化钼粉末冶金材料的载流摩擦磨损性能。研究结果表明:在有电流条件下,加入MoS2可显著降低铜基粉末冶金/铬青铜配副的摩擦因数和铜基粉末冶金材料磨损率,10%和20%MoS2含量的粉末冶金试样的磨损率相差不显著,20%MoS2含量的摩擦因数在高速时有所增加。     

铬对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备铜铬基粉末冶金摩擦材料,在制动压力0.5～0.76 MPa、制动速度1000～3000 r/min范围内,探讨干、湿2种状态下铬对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,随铬含量增加,材料的摩擦因数和磨损量降低,且随制动压力增加,摩擦因数降低;在低摩擦速度时,湿摩擦因数低于干摩擦,高速时则相反。铬降低了材料的摩擦因数和磨损量的原因在于铬增加了材料的硬度而起到了降低摩擦面的损伤程度和表面粗糙度的作用。在较低的摩擦速度条件下,由于水分的润滑作用充分,导致摩擦因数降低,在高速摩擦条件下,水分冷却作用明显,导致表面微凸体间的啮合强度增加而使摩擦因数高于干摩擦。     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。     

稀土La含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响*

采用粉末冶金方法制备含稀土La的铜基摩擦材料,研究稀土元素La的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响规律。结果表明,随着La含量增加,材料的硬度增加,抗压强度先增大后减小,同时材料的摩擦因数减小,磨损量先减小后增大。添加La质量分数为1.5%的Cu基摩擦材料的力学性能和摩擦性能最好。稀土元素La对铜基摩擦材料改性作用表现为细化晶粒,改善材料的微观组织结构,增强磨损表面氧化膜的稳定性,产生固溶强化和弥散强化,提高了材料的力学性能和摩擦学性能。     

载流条件下铬青铜/纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究

在自制的销盘摩擦磨损试验机上,对铬青铜/纯铜摩擦副进行载流条件下的干滑动模拟试验,研究了电流、速度、载荷对铬青铜/纯铜摩擦磨损性能的影响规律。试验结果表明:电流是影响摩擦副摩擦磨损性能最显著的因素,摩擦因数和磨损率都随着电流的增大而增大;速度和载荷对摩擦因数和磨损率也有显著影响;电流的存在,摩擦副间产生了比无电流时更严重的粘着磨损和塑性变形,同时增加了电化学腐蚀,使磨损更加严重。     

铜基粉末冶金刹车闸片磨损形貌演变研究

采用多功能销-盘摩擦磨损试验机,开展铜基粉末冶金/Q235-B摩擦副的摩擦磨损试验,在载流和无载流的工况下,研究接触压力(0.4、0.7、1.0和1.3 MPa)对铜基粉末冶金材料闸片磨损表面形貌的影响。结果表明：在无载流工况下,随着接触压力的增大,摩擦因数和磨损率均缓慢上升,试样表面损伤加剧,粗糙度升高,主要的损伤机制为磨粒磨损和剥层;在载流工况下,0.4 MPa时的摩擦因数和磨损率最大,损伤最严重,粗糙度最高,当接触压力增大到0.7 MPa后,表面形貌损伤的变化趋势与无载流工况一致,磨损机制在磨粒磨损和剥层的基础上增加了电弧烧蚀;载流工况下材料表面的粗糙度普遍高于无载流工况下,表面损伤更为严重。     

不同铜含量浸金属碳滑板的载流摩擦磨损性能

为研究不同铜含量的浸金属碳滑块的载流摩擦磨损性能,在环-块试验机上研究3种不同铜含量(铜质量分数分别为1.17%、27.8%、50.45%)浸金属碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并比较不同电流情况下的材料磨损表面形貌的变化。结果表明:铜含量对浸金属碳碳滑板的摩擦磨损性能有不同的影响。其中铜质量分数为1.17%的材料在200 A小电流情况下整体磨耗量较小,但是在400 A大电流情况下,电弧热、焦耳热产生的500℃左右高温会导致材料气化、掉块,严重加剧材料的损耗;铜质量分数为50.45%的材料在小电流情况下磨耗最大,但材料的运行温度整体较低,即材料的散热性能较好;铜质量分数为27.8%的材料在小电流与大电流情况下综合磨损性能最好。与铜银合金线对磨时,铜含量较高的材料出现了较为明显的黏着磨损,铜含量越高的材料其黏着磨损现象越明显。     

不同晶型SiC_p对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用加压烧结法制备含有不同晶型SiCp的铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能的影响不同。摩擦材料的摩擦因数随着β-SiCp加入量的增加而升高,当β-SiCp的质量分数超过6%时,在摩擦过程中材料和对偶发生严重磨损;α-SiCp含量对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能影响不显著;当SiC颗粒的质量分数为2%~6%时,β-SiCp相比α-SiCp更适合作为摩擦组元用于铜基粉末冶金摩擦材料中。     

B_4C含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了提高和稳定铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦因数和耐磨性,以B_4C为摩擦组元,采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,研究B_4C的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响规律。结果表明:随着B_4C质量分数增加,铜基摩擦材料的密度降低,硬度增加;B_4C颗粒能提高铜基摩擦材料的摩擦因数,同时随着B_4C质量分数的增加,铜基摩擦材料的磨损量先减小后增大,B_4C质量分数为6%时材料的耐磨性能最好;B_4C颗粒的强化作用提高材料的变形抗力,烧结材料的硬度得到明显提高;B_4C颗粒在摩擦过程中起到抵抗对磨偶件的表面犁削作用,提高了材料的耐磨性。     

铝对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了含铝和石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,利用定速摩擦试验机,分别在干、湿状态下,探讨了各摩擦速度条件下铝对材料摩擦磨损性能的影响规律.结果表明,铝有利于稳定摩擦因数,提高材料的耐磨性,原因在于铝提高了材料的硬度,从而降低摩擦面微凸体的变形程度.在干摩擦状态下,低速条件下的摩擦因数随铝含量增加而减小,高速条件下的摩擦因数变化不明显;湿摩擦状态,水膜的润滑作用降低了摩擦因数,铝含量增加,有利于提高低速摩擦条件的摩擦因数.高速摩擦条件下,由于离心作用和水分的加热蒸发,水膜的润滑作用降低,摩擦因数波动不显著.     

锡对粉末冶金铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金的方法制备铜基摩擦材料,利用GF150D型定速摩擦试验机,研究摩擦速度为200~3 000 r/min、制动压力为0.38~0.63 MPa条件下,锡的质量分数在0~14%范围内材料的摩擦学行为。结果表明,材料中添加锡可明显提高材料的摩擦因数,其中锡质量分数为12%左右时材料的摩擦因数达到最高值,这是因为低锡含量时材料的强度不高使摩擦因数偏低,而锡含量过高时润滑作用增强,导致材料的摩擦因数降低;锡的质量分数在8%~12%范围对降低高速摩擦条件下的磨损率作用明显,这缘于合理的锡含量提高了材料的强度使材料的耐磨性提高;在低摩擦速度下,摩擦因数随着制动压力的增加而增加,而在高摩擦速度下,摩擦因数随压力增加而降低;在高速高压摩擦中,由于摩擦温度高以及第三体数量和基体软化程度与流动性的增加,导致摩擦因数降低。     

波动载荷对C/C复合材料/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损性能的影响

借助于HST-100高速载流摩擦磨损试验机,研究载荷的波动大小对C/C复合材料/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损性能的影响,利用扫描电镜对磨损表面进行观察分析。结果表明:随着载荷波动的加剧,平均电流逐渐减小,载流效率降低,离线率和电弧能量逐渐增大;C/C复合材料的摩擦因数和磨损率均呈现先减小然后增大的趋势;摩擦过程中的磨损机制逐渐由磨粒磨损转变为磨粒磨损、电气磨损共同作用。     

几种受电弓滑板/接触线材料载流摩擦磨损行为的比较

在销-盘摩擦磨损试验机上研究浸金属碳/纯铜、纯碳/不锈钢、浸金属碳/不锈钢、纯碳/纯铜4种受电弓滑板/接触线的载流摩擦磨损性能。结果表明:浸金属碳/纯铜的摩擦因数比其他3对配副的摩擦因数都大,且其配副的碳滑板材料磨损量比其他3对配副的磨损量都高;4对配副的主要磨损机制是电弧烧蚀、磨粒磨损和氧化磨损,而浸金属碳/纯铜还出现黏着磨损。浸金属碳/纯铜因磨损严重,且电滑动中发出异常噪声,应避免作为受电弓滑板/接触线材料。