紫铜/铬青铜摩擦副在干摩擦和水雾条件下的载流摩擦磨损性能研究

在HST-100载流高速摩擦磨损试验机上,对比考察了紫铜/铬青铜摩擦副在干摩擦和水雾2种状态下的载流摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)对磨损表面形貌进行了观测。结果表明:水雾条件下销试样载流摩擦磨损时,其摩擦因数及磨损率均低于纯载流状态下;该试样在纯载流条件下的磨损机制主要为粘着磨损和电气磨损,在水雾条件下主要为电弧侵蚀、塑性变形和轻微的粘着磨损。这是因为水有利于降低摩擦副接触表面的温度,有效地抑制了铜的转移,阻止了粘着磨损的发生。水因素的介入也导致了电弧发生频率的增多,但在综合影响下,水可以有效地改善该试样的磨损性能。     

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。     

选择性激光熔化技术制备的Cu-10Sn合金的载流摩擦学性能

为提高Cu-10Sn合金接触线的力学及载流摩擦学性能,利用选择性激光熔化（SLM）技术制备Cu-10Sn合金,分析Cu-10Sn合金的组织结构及硬度等,研究不同载荷和电流对Cu-10Sn合金的载流摩擦学行为的影响;利用扫描电子显微镜对摩擦表面进行微观分析,揭示其磨损机制。试验结果表明：与载荷为10 N时相比,30 N时摩擦副的平均摩擦因数增大,接触电阻和电弧能量降低,磨损加剧;Cu-10Sn合金与GCr15球对摩,合金表面被氧化,铜元素被转移并粘附于对摩球上形成黏着磨损;与纯机械摩擦行为相比,载流条件下Cu-10Sn合金表面磨痕加深,黏着物、氧化物的数量明显增加,摩擦因数和磨损体积发生显著变化;小载荷小电流下磨痕表面出现电弧烧蚀现象;而电流为10 A时,磨损表面形成的氧化膜的润滑作用,减缓了材料的磨损。在无电流条件下磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损;而在载流条件下,电化学氧化和黏着磨损显著增强。研究结论为SLM技术制备的铜锡合金应用于接触线等电传导接触材料提供参考。     

法向压力对浸金属碳/不锈钢材料载流摩擦耦合温度场的影响

通过ANSYS有限元软件建立钢铝复合轨(不锈钢)/受电靴(浸金属碳材料)在接触电阻热和摩擦热耦合作用下的温度场模型,模拟摩擦副的载流摩擦磨损温度场分布,研究模型在不同法向压力条件下的耦合温度变化特性。结果表明:对于浸金属碳材料/不锈钢摩擦副,在位移、电流和相对滑动速度一定的条件下,随着法向压力的升高,耦合最高温度呈现出先降低再升高的特性,存在一个使得耦合温度最低的法向压力;为降低摩擦副由于温升而导致的磨损,可选此法向压力作为实际工作压力。     

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。     

电弧能量对C/C复合材料的载流摩擦磨损行为的影响

在自制的销盘载流摩擦磨损试验机上,研究电弧能量对C/C复合材料/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损行为的影响,并利用扫描电镜和能谱仪等对磨损表面进行了表征.结果显示,随着电弧能量的增加,C/C复合材料的磨损也随之增加;在较低的电弧能量下,电弧对材料的侵蚀不严重,材料的磨损也不严重,其磨损机制主要表现为磨粒磨损和少量的电气磨损,随着电弧能量的增加,磨损率急剧增加,此时磨损机制主要表现为电气磨损; 在电弧作用下,C/C复合材料的电弧侵蚀机制为蒸发侵蚀和材料转移.     

载流条件下银基复合材料-黄铜滑环摩擦副的摩擦学性能

采用粉末冶金方法制备一种银-铜-石墨-碳纤维复合材料,利用环块式摩擦磨损试验机对该复合材料和黄铜滑环组成的摩擦副在大气条件下进行载流摩擦磨损试验,分析不同速度下载流大小对摩擦因数、接触表面电阻、接触表面电噪声、磨损量的影响。研究结果表明,摩擦因数、接触电阻、磨损量随载流的增大而增大,接触表面电噪声与电流呈非线性关系;该银基复合材料与黄铜滑环摩擦副的磨损机制在纯机械摩擦磨损条件下主要为黏着磨损,在载流条件下为磨粒磨损,电弧产生的电蚀促进了磨粒磨损的发生。该银基复合材料与黄铜滑环摩擦副的电噪声符合相关标准,具有较高的可靠性。     

两种受电靴材料与不锈钢带电接触摩擦磨损特性的试验研究

在销-盘式摩擦磨损试验机上分别进行了不锈钢／铜基烧结合金材料和不锈钢／铜石墨烧结材料接触的载流摩擦磨损行为的试验研究。在试验中记录了摩擦因数和磨损量的变化,并对磨痕形貌进行了光学显微镜观察。结果显示,电流对2种摩擦副带电接触的摩擦磨损行为有重要的影响。2种材料的摩擦因数随电流的增大而呈现截然相反的变化趋势,但两者的磨损量却随电流的增加而增大。不锈钢／铜基烧结合金材料的磨损机制主要是粘着磨损及氧化磨损。不锈钢／铜石墨烧结材料磨损机制包括磨粒、粘着磨损和电弧烧蚀,其中电弧烧蚀对磨损量的影响随电流的增大而增加。     

电流对载流摩擦副材料损伤行为的影响

载流摩擦过程中材料的损伤行为是影响载流摩擦副寿命的关键。采用纯铜与QCr05配副,研究纯铜材料的载流磨损行为。结果表明,载流条件下磨损行为仍然包括无电条件下的主要磨损行为;电流的介入导致磨损行为发生变化,在载荷50 N、滑动速度10 m/s条件下,电流从0增加到50 A时表面温度增加5.6~7.2倍;且摩擦表面严重粗糙化,发生剧烈不均匀塑性变形,在载荷70 N、滑动速度20 m/s、电流60 A条件下,其变形层厚度约180 μm;电流还直接导致材料的损伤,主要包括熔融和喷溅。     

载流摩擦磨损系统研究

基于摩擦学的三公理,对载流摩擦磨损的机制进行研究,建立了载流摩擦磨损的系统构成图、功能平面图、微观接触的电接触状态图和载流摩擦磨损电传导电路模型,分析了火花和电弧产生的原因,得到了载流磨损量与法向载荷之间的关系模型,较好地解释了电因素对摩擦磨损的作用,为载流摩擦磨损的研究建立了理论分析基础.     

不同转速下弹性环滚动载流摩擦性能和损伤分析

采用内滚道、外滚道和弹性环组成滚动载流摩擦副，通过载流摩擦试验研究了其在不同转速下的载流摩擦学性能和材料损伤。结果表明：随着转速从240 r/min增加到600 r/min,摩擦副稳态运行期间的摩擦力升高，接触电阻下降；摩擦前期材料损伤形式主要以接触表面金属塑性变形为主，摩擦平稳期以材料剥落为主；在相同的初始接触条件下，高转速促进表面疲劳和材料磨损，试验后弹性环磨痕宽度明显变宽，磨损量逐渐增大，表面氧化程度下降，O和Cu原子个数比降低；磨痕宽度增幅相近的条件下，同等转速下的摩擦力增幅小于变速条件下的摩擦力增幅；转速增加引起的摩擦力增大与高转速下弹性环滑滚增加也有关系。     

地铁刚性弓网系统接触线磨损特性试验研究

为研究地铁刚性接触网系统接触线磨损的规律,以地铁刚性接触网系统常用的浸金属碳滑板/铜银合金接触线作为摩擦副,通过模拟地铁弓网系统运行参数,使用载流摩擦磨损试验机研究有、无电火花放电情况下,浸金属碳滑板与铜银合金接触线直流电滑动过程中磨损量、摩擦因数、载流效率随滑动距离的变化。试验结果表明：电火花放电会使得接触线与浸金属碳滑板磨损量显著上升,出现电火花放电时摩擦因数较小,弓网系统载流效率会明显降低同时出现大幅波动。试验后对碳滑板和接触线表面形貌的观察可知：电火花放电会使得浸金属碳滑板表面烧蚀坑数量和尺寸大小增加,同时会出现滑板材料大面积剥落和表面裂纹增多的问题,接触线表面形貌变得更加粗糙。     

不同弹簧刚度下不锈钢/浸金属碳摩擦副的受流质量与磨损性能的关系

用销盘摩擦磨损试验机研究了不同弹簧刚度下不锈钢/浸金属碳载流摩擦副间的磨损性能和受流质量.结果表明:随着弹簧刚度的增大,载流摩擦副电路中的受流质量先逐渐变好后变差,刚性时的受流质量最差;销试样(浸金属碳)的磨损性能与受流质量密切相关,受流质量越差,销试样的磨损率越大;在刚度为19 N·mm<'-1>时,受流质量最好,销...     

轮轨接触界面摩擦管理研究进展

列车向着高速与重载方向迅速发展,显著加剧了轮轨接触界面间的损伤。通过在轮轨接触界面进行摩擦管理能够有效地降低轮轨之间的磨损、显著提高列车的运行安全性以及降低运营成本。对轮轨接触界面摩擦管理研究现状进行综述,并介绍轮轨界面摩擦控制对轮轨作用力、黏着、磨耗、滚动接触疲劳以及振动与噪声影响的研究进展;展望了轮轨接触界面摩擦管理未来研究方向,即应针对不同应用环境和接触部位,研发合理的摩擦控制材料,以克服摩擦管理过程中对轮轨损伤及使用局限性等问题;应探究车轮踏面/轨顶面和轮缘/轨距面摩擦控制方式,严格控制摩擦材料喷涂量使两接触面不相互干扰,优化改进轮轨接触界面摩擦管理的最佳应用参数;应研发环境友好型的轮缘/轨距面润滑剂与车轮踏面/轨顶面摩擦控制剂,稳定调控轮轨接触界面的黏着特性。     

弓网系统滑动电接触表面磨损特征研究

为探究弓网系统受电弓滑板在不同电流、接触压力和滑动速度条件下的磨耗特性,开展弓网载流磨损实验,探讨不同工况下摩擦副的载流效率、电弧能量、摩擦因数和温度;分别使用金相显微镜与表面粗糙度仪对实验后的滑板磨损区域进行分块多次测量,使用一种基于Otsu大津算法的图像处理方法,将凹坑部分从形貌图像中提取并进行标记计算,统计分析不同工况下凹坑面积、数量和粗糙度参数（包括轮廓算术平均偏差和最大轮廓谷深）的变化情况。结果表明：随着电流的增大,凹坑面积和数量增加,粗糙度参数减小;随着接触压力的增大,凹坑面积减小,凹坑数量先减小后略有增大,粗糙度参数减小;随着滑动速度的增大,凹坑面积、数量和粗糙度参数都增大。     

7075铝合金和QRO90模具钢在热成形工况下的摩擦磨损行为

铝合金在热成形制造过程中存在严重的模具磨损,不但缩短模具使用寿命,还造成工件表面拉毛和成形偏差。为模拟模具钢与7系铝合金在热成形工况下的摩擦过程,搭建单向高温摩擦磨损试验平台,对热成形工况下的摩擦磨损行为展开研究,并通过光学轮廓仪和扫描电镜分析模具钢与铝合金磨损表面形貌。结果发现,热成形过程中黏结磨损和磨粒磨损同时存在,磨损颗粒在粗糙表面上被压实和堆积,对后续的摩擦磨损行为有显著影响。对单向高温摩擦试验的接触副局部进行有限元建模,分析粗糙接触表面上的局部接触条件,探讨其对后续摩擦学行为的作用。分析表明,摩擦过程中存在黏滑现象,局部接触压力受表面形貌影响,显著大于名义载荷,最大等效应力出现在表面之下。这对进一步分析磨损行为、提出合适的表面工程方案提供了基础。     

柱塞泵配流副滑摩界面摩擦磨损及热力耦合分析

针对轴向柱塞泵配流副滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,建立配流副轴对称非稳态热传导方程,利用ABAQUS有限元软件进行配流副摩擦磨损及热力耦合特性分析,并利用端面摩擦磨损试验机进行试验验证。结果表明:在滑摩初期,相比于中低压力,高压力工况更易发生磨粒磨损;随着滑摩进行,材料表面粗糙峰被磨平,加之温度上升,材料强度下降,高转速取代高压力成为接触面温度和摩擦系数增大的主要影响因素,此时的磨损机制主要为黏着磨损;在滑摩过程中,外径出现了应力集中现象,且接触压力高于内径;转速及压力对配流副摩擦温升及磨损特性的影响是非线性的,在相同PV值下,转速比压力的影响更为显著。     

浸渍磷酸盐石墨与9Cr18Mo不锈钢配副的摩擦磨损性能研究

针对航空发动机石墨密封常用的摩擦副浸渍磷酸盐石墨(M234Ao)和9Cr18Mo不锈钢材料,在UMT-TriboLab试验机上进行球-盘、销-盘接触摩擦试验,研究其低速轻载、高速重载工况以及干摩擦、油润滑下的摩擦磨损性能,利用接触式形貌仪、金相显微镜等对摩擦副表面进行观察分析,并分析其磨损机制。结果表明：在油润滑及面-面接触下的摩擦因数和磨损率明显低于干摩擦和点-面接触下;添加油介质可以降低界面摩擦剧烈程度,抑制金属氧化以及降低摩擦因数,特别是在高速重载工况下;M234Ao和9Cr18Mo配副间的磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主,伴随有犁沟、微裂纹及擦伤现象。     

Comparative Study on Wear Behaviors of Metal-Impregnated Carbon Material and C/C Composite Under Electrical Sliding

In this article, the wear behavior of metal-impregnated carbon materials (MIC) and carbon–carbon composites(C-C) was investigated using a self-made current-carrying wear tester producing an electrical current of 40–160 A and a contact speed of 10–50 m/s. The worn surfaces were observed by means of scanning electron microscopy (SEM), and a new parameter for current-carrying stability that describes the stability of the current as a function of wear was proposed. The results indicate that the wear rate of both materials tested increased with either an increase in electrical current or contact sliding speed. Compared to the metal-impregnated carbon material, the C-C composite material not only displayed superior wear resistance but superior current-carrying stability as well. With increasing electrical current, the current-carrying stability of the two materials changed within a narrow range at a speed of 20 m/s and decreased at a speed of 50 m/s. Wear failure was mainly due to electrical erosion occurring at high speed and high current.