铜基复合材料受电弓滑板的制备及其摩擦磨损性能研究

摘要

传统的粉末冶金受电弓滑板对导线的磨耗严重；炭滑板电阻率较大，而且强度不足易发生事故；浸金属滑板的制备工艺复杂，造价高。为了解决这些滑板存在的问题，本文采用一种改进的热压-固化工艺研制出了一种磨损率小、导电性能和耐热性能优良的滑板用铜基复合材料。该滑板材料以铜粉为导电相；以石墨为自润滑相；以树脂为粘结剂；通过对树脂进行改性进一步提高了滑板耐热耐磨损性能。 论文首先探索了材料的成分配方，用聚双马来酰亚胺树脂（PBMI）对腰果壳油改性酚醛树脂（YM）进行了耐热改性处理，并制备出了滑板用铜基复合材料。采用MM-1000、MG-2000型摩擦磨损试验机进行摩擦磨损测试，用STA449型差热-热重分析仪对树脂的热稳定性进行分析，用XJL-03型金相显微镜对材料的金相组织进行观察，用JSM-6700F型SEM扫描电子显微镜对摩擦表面进行形貌观察。 研究结果表明：通过对粘结剂用树脂进行耐热改性，使得材料的磨损率、摩擦系数和电阻率显著降低。优化后的滑板材料配方为：电解铜粉77mass％、石墨11mass％、丁腈橡胶（NBR）1mass％、YM 3mass％、PBMI 7mass％、其它1mass％。树脂未经改性处理的材料的磨损率为7.9×10-8mg/mm3，改性后降低到了2.6×10-8mg/mm3。未经改性处理的树脂的DSC曲线的放热峰温度为550℃，改性处理后升高到了675℃；改性前材料的电阻率为4.83~10.27μ?·ｍ，改性后则下降到了2.01~5.54μ?·ｍ；摩擦系数则由0.18下降到了0.10。实验结果表明，PBMI树脂可以提高YM在复合材料中的作用，且在摩擦过程中会产生自润滑的效果。通过观察材料的摩擦表面形貌，得出该滑板材料的摩擦机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。