银基复合电接触材料滑动电摩擦磨损性能研究

论文摘要

电滑动接触的作用是使各类电机、仪表上相互滑动部件之间顺利通过电流,由于摩擦、磨损、温度升高和化学反应等作用的存在,尤其是电流和机械摩擦的相互作用,使问题变得非常复杂。在电刷.换向器系统中,由于电刷与换向器滑环为滑动电接触,因此要求材料具有良好的导电性能,以使电流能够顺利通过,同时又要求材料具有优异的耐磨性能以延长电刷的使用寿命。本文采用粉末冶金法制备了含12～18wt%二硫化钼的银.二硫化钼复合材料,研究了二硫化钼含量对复合材料力学性能、物理性能和电摩擦磨损性能的影响。研究表明:随着复合材料中二硫化钼含量的增加,材料的密度、抗弯强度、硬度以及导电性都降低,接触电压降呈上升趋势,电磨损率随着二硫化钼含量的增加先下降后上升,在二硫化钼含量为15wt%时磨损率最低。同时,由于材料转移等现象的存在,使得正刷的磨损量大于负刷。采用XPS分析了银-二硫化钼复合材料表面膜成分。研究表明,复合材料电摩擦磨损后表面成分主要由碳、氧、钼、硫、银、铜等多种元素构成,表面膜的存在降低了材料的粘着磨损,影响着复合材料的电摩擦磨损性能。研究了添加碳纳米管以及石墨对银-二硫化钼复合材料电摩擦磨损性能的影响,碳纳米管的添加提高了复合材料的强度,并且能够减薄电摩擦磨损过程中复合材料表面过厚的氧化膜,而石墨的加入则改善了润滑膜的导电能力,因此材料中添加石墨或碳纳米管能改善复合材料的电摩擦磨损性能,而同时添加碳纳米管和石墨复合材料综合性能最佳。研究了滑动速度和电流密度对银-二硫化钼-石墨-碳纳米管复合材料电摩擦磨损性能的影响。研究表明:随着滑动速度的增加,滑环所粘着的气流厚度增大,使得电刷与滑环接触表面间隙加大,材料的接触电阻增大,电压降也随之增大:由于气流润滑效应增加,复合材料的摩擦系数随速度增加呈线性下降趋势;在电流和气流的共同作用下,材料电磨损率随速度增加先降低后增加。随着电流密度的增加,接触表面温度升高,接触斑点软化,接触面积增加,使得接触电阻降低:电流密度的增加导致的温升以及材料表面硬度的降低,材料的磨损率随着电流密度的增加而增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料概况
• 1.2 固体润滑材料
• 1.3 固体润滑剂
• 1.3.1 固体润滑剂的特性
• 1.3.2 二硫化钼
• 1.4 电接触和电接触材料
• 1.4.1 电接触
• 1.4.2 电接触材料的基本特性要求
• 1.4.3 滑动电接触材料
• 1.5 碳纳米管简介
• 1.5.1 碳纳米管的结构与性能
• 1.5.2 碳纳米管在复合材料中的应用
• 1.6 本课题研究背景及主要内容
• 第二章 电磨损实验原理及设备
• 2.1 电磨损实验装置
• 2.2 电磨损实验准备
• 2.3 电刷性能测试过程及原理
• 2.3.1 接触电压降测试原理
• 2.3.2 摩擦系数测试原理
• 2.3.3 磨损量测试原理
• 2.4 主要实验设备与仪器
• 第三章 银-二硫化钼复合材料的制备及力学性能和物理性能研究
• 3.1 银-二硫化钼复合材料的制备
• 3.2 银-二硫化钼复合材料的组织
• 3.3 二硫化钼含量对复合材料密度的影响
• 3.4 二硫化钼含量对复合材料力学性能的影响
• 3.5 二硫化钼含量对复合材料导电性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 银-二硫化钼复合材料的电摩擦磨损性能研究
• 4.1 复合材料的摩擦系数
• 4.1.1 二硫化钼含量变化对复合材料摩擦系数的影响
• 4.1.2 电流对复合材料摩擦系数的影响
• 4.2 复合材料的磨损
• 4.2.1 二硫化钼含量变化对复合材料磨损率的影响
• 4.2.2 电流对复合材料磨损量的影响
• 4.3 复合材料的接触电阻与接触电压降
• 4.3.1 二硫化钼含量变化对复合材料接触电压降的影响
• 4.3.2 极性对复合材料接触电压降影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 银-二硫化钼复合材料表面膜结构和形成机理研究
• 5.1 表面膜的成分分析
• 5.2 表面膜形成过程分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 碳纳米管、石墨对银-二硫化钼复合材料性能的影响
• 6.1 碳纳米管的化学镀银
• 6.1.1 碳纳米管的氧化处理
• 6.1.2 碳纳米管的敏化处理
• 6.1.3 碳纳米管的活化处理
• 6.1.4 碳纳米管的化学镀银
• 6.2 碳纳米管和石墨对复合材料物理及力学性能的影响
• 6.3 碳纳米管和石墨对复合材料电摩擦磨损性能的影响
• 6.3.1 碳纳米管和石墨对复合材料接触电压降的影响
• 6.3.2 碳纳米管和石墨对复合材料电摩擦磨损性能的影响
• 6.4 本章小结
• 2-G-CNTs复合材料电摩擦磨损性能的影响'>第七章 滑动速度、电流密度对Ag-MoS₂-G-CNTs复合材料电摩擦磨损性能的影响
• 7.1 速度变化对复合材料电摩擦磨损性能的影响
• 7.1.1 速度变化对复合材料接触电压降的影响
• 7.1.2 速度变化对复合材料的摩擦系数和磨损率的影响
• 2-G-CNTs复合材料电磨损性能的影响'>7.2 电流密度对Ag-MoS₂-G-CNTs复合材料电磨损性能的影响
• 7.2.1 电流密度对接触电压降和接触电阻的影响
• 7.2.2 电流密度对磨损量的影响
• 7.3 本章小结
• 第八章 全文主要结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文