润滑相对铜基固体润滑材料接触稳定性的影响

摘要

随着对滑动电接触材料使用稳定性要求的提高，传统的铜-石墨复合材料因为耐磨性和电接触性能较差已经不能满足使用要求。本文采用电解铜粉、CuSn10合金粉、石墨粉、MoS2粉和WS2粉，通过气氛保护热压工艺制备出不同成分的铜基和铜锡复合材料，研究润滑相和基体组分的变化对材料力学性能、摩擦磨损性能和电接触性能的影响，并从摩擦系数、摩擦噪声和电噪声三个方面对材料的接触稳定性进行评估。论文主要完成的研究工作和取得的结果如下:
　　(1)以Cu-24vol％Gr(Cu-6wt％Gr)复合材料为基准，研究用二硫化钨代替石墨作为润滑相对铜基复合材料性能的影响，发现Cu-24vol％WS2(Cu-21 wt％WS2)复合材料的力学性能和摩擦磨损性能显著提高，其中摩擦系数和磨损率更是低至0.156和7.61×10-14m3/N·m。
　　(2)以(CuSn10)-6Gr复合材料为基准，研究了二硫化钼和二硫化钨的添加对铜锡复合材料摩擦磨损性能的影响，发现随着二硫化钼含量的增加，铜锡复合材料的摩擦系数和磨损率降低，而用二硫化钨代替二硫化钼时，(CuSn10)-6Gr-6WS2复合材料的摩擦磨损性能进一步提高，其中磨损率低至0.343×10-14m3/N·m。
　　(3)研究了复合材料的载流性能，发现铜锡复合材料具有较低的接触电压降水平，均低于Cu-6Gr材料的42.03mV，较低的接触电压降可以保证电刷与滑环的良好接触。随着二硫化钼含量的增加，铜锡复合材料的接触电压降从18.92mV增至33.62mV。用二硫化钨取代二硫化钼可以部分降低材料的接触电压降，(CuSn10)-6Gr-6WS2复合材料的接触电压降降至31.43mV。
　　(4)研究复合材料的接触稳定性能，发现石墨与二硫化钨的混合使用可以提高铜基复合材料的摩擦系数稳定性，而随着润滑相含量的增加，铜锡复合材料的摩擦系数稳定性提高。复合材料的摩擦噪声与摩擦系数息息相关，摩擦系数值越大，摩擦系数曲线波动越大，就越易于发出摩擦噪声。生成的磨屑和润滑膜对复合材料的电噪声影响很大，生成的磨屑越少，润滑膜越完整，电噪声值越小。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 金属基固体润滑材料

1．2．1 金属基固体润滑材料概述

1．2．2 铜基固体润滑材料

1．2．3 常用的固体润滑剂

1．3 电接触材料

1．3．1 电接触材料概述

1．3．2 滑动电接触的特征

1．3．3 大电流接触系统

1．4 滑动电接触系统的接触稳定性

1．4．1 摩擦系数稳定性

1．4．2 摩擦噪声概述

1．4．3 接触电噪声

1．5 本次研究的目的与思路

2 实验方法及性能测试原理

2．1 材料组分设计

2．1．1 基体材料的选择

2．1．2 固体润滑剂的选择

2．1．3 复合材料的成分设计

2．2 样品的制备

2．3 材料的性能测试

2．3．1 主要实验仪器

2．3．2 材料的物理和力学性能测试

2．3．3 材料的干摩擦和载流摩擦磨损性能测试

3 润滑相对铜基复合材料性能的影响

3．1 铜基复合材料的显微形貌

3．2 铜基复合材料的力学性能与断口形貌分析

3．3 铜基复合材料的摩擦磨损性能

3．3．1 材料的摩擦系数和磨损率

3．3．2 材料磨损表面与亚表面形貌

3．4 接触表面润滑膜的成膜性能

3．5 本章小结

4 铜锡复合材料的干摩擦与载流摩擦磨损性能

4．1 铜锡复合材料的显微形貌与力学性能

4．2 铜锡复合材料的摩擦磨损性能

4．2．1 材料的摩擦系数和磨损率

4．2．2 材料的磨损表面形貌和磨损机理分析

4．3 复合材料的载流摩擦磨损性能

4．4 本章小结

5 滑动电接触系统的接触稳定性分析

5．1 摩擦系数稳定性分析

5．2 摩擦振动与摩擦噪声分析

5．3 电噪声分析

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果目录

致谢