石墨烯/铜钨合金触头电弧烧蚀的固–液相变动力学模拟与烧蚀程度微观表征

摘要

石墨烯因出色的功能特性被用于金属基材料的增强相，但目前对于石墨烯增强铜钨（copper-tungsten,CuW）合金电触头抗烧蚀性能的微观作用机制尚不清晰。该文通过粒子群优化算法构建符合“假合金”结构的CuW80复合材料模型以及掺杂不同质量分数的CuW80Gr复合模型。引入双温模型–分子动力学方法，建立考虑晶格振动和自由电子热传导效应的CuW合金电弧烧蚀模型，并针对材料局部物理状态提出评估烧蚀程度的微观表征量，从材料内部固–液相变动态演变过程分析石墨烯对CuW合金复合材料的微观增强机制。结果表明，CuW80Gr模型的损失质量与电弧侵蚀深度均比CuW80低，且随石墨烯质量分数增大呈下降趋势，其中在100ps时刻，CuW80Gr0.15%的损失质量较CuW80降低10.66%，电弧侵蚀深度降低92.56%。石墨烯对CuW80Gr合金的增强机制，主要体现为Cu相热传导能力的加强，使得热流通过Cu相将能量更快地传导至基体深处，从而减少表面原子的蒸发飞溅和电弧对W骨架的侵蚀。结果可为石墨烯增强铜钨合金电触头的抗烧蚀性能的优化设计和性能调控提供理论依据与技术支撑。