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高速列车摩擦接地装置材料的制备及其载流摩擦磨损性能的研究

作　者: 吕乐华
导　师: 孙乐民
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 复合材料 锡 载流摩擦磨损 动态电流 磨损机制
分类号: TF124
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文通过粉末冶金制备了石墨/铜复合材料，研究了锡含量对复合材料机械性能的影响，模拟火车电刷和车轴的服役条件，在HST-100试验机上进行载流摩擦磨损试验。使用单因素试验研究了电流、速度对复合材料摩擦特性和载流性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、三维形貌仪、能谱仪(EDS)对摩擦后试样的表面进行观察，研究了不同试验因素对磨损机制的影响。试验结果表明：由于固溶强化的作用，随着锡含量的增加，复合材料的硬度得到提高，但晶格畸变导致晶体中电子的散射降低了复合材料的导电率，同时锡含量的增加降低了复合材料的密度。随着电流的增大，复合材料的表面软化，微凸体之间的作用力减小，摩擦系数减小；同时表面的软化容易引起摩擦过程中的粘着，载流效率减小，起弧率增加，造成电弧烧蚀，磨损率随之增大。锡含量越高，由于电阻比较大，在同电流条件下，复合材料产热更多，比较容易软化，所以锡含量越高摩擦系数越小；在电流较小时，锡含量越高磨损率越小，当电流超过60A后，粘着加剧，烧蚀严重，磨损率迅速增大，髙锡材料不适合大电流的载流摩擦。随着速度的增大，摩擦系数和磨损率都增大。速度的增大使得在摩擦过程中销盘之间的接触状态恶化，载流效率减小，起弧严重，表面变得粗糙，摩擦系数逐渐变大；电弧烧蚀比机械磨损要严重，所以随着速度的增大，复合材料的磨损率增大。当速度较小时，锡含量越高，更易在摩擦表面形成氧化膜，所以摩擦系数和磨损率较小，当速度超过20m/s时，产生粘着，引起电弧烧蚀，磨损率增大，髙锡材料不适合高速载流摩擦。电滑动摩擦中，随着电流和速度的增大，磨损机制由机械磨损逐渐变为磨损比较严重的电气磨损。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 引言  8-9
  1.2 粉末冶金材料  9-14
    1.2.1 粉末冶金材料的分类  9-12
    1.2.2 石墨/铜复合材料的改进  12-13
    1.2.3 石墨/铜复合材料的制备  13-14
  1.3 复合材料摩擦磨损性能研究现状  14-17
    1.3.1 载流摩擦学性能的特点  14-15
    1.3.2 国内对载流摩擦学的研究现状  15-16
    1.3.3 国外对载流摩擦学的研究现状  16-17
  1.4 本课题提出的意义及主要研究内容  17-19
第2章 复合材料的制备及研究方法  19-31
  2.1 复合材料的制备  19-23
    2.1.1 材料的选择  19-20
    2.1.2 复合材料的制备  20-23
  2.2 复合材料物理性能的测定  23-25
    2.2.1 密度的测试方法  23-24
    2.2.2 硬度的测试方法  24-25
    2.2.3 导电率的测试方法  25
  2.3 石墨/铜复合材料的载流摩擦磨损试验  25-30
    2.3.1 试验设备  25-27
    2.3.2 试验参数和材料的选择  27-28
    2.3.3 试验方法  28-30
  2.4 载流摩擦试验后试样表面的微观分析  30-31
第3章 物理性能和载流摩擦磨损性能的研究  31-44
  3.1 铜基石墨复合材料的物理性能分析  31-35
    3.1.1 复合材料的显微组织和物理性能  31-32
    3.1.2 锡含量对复合材料密度的影响  32-33
    3.1.3 锡含量对复合材料导电率的影响  33-34
    3.1.4 锡含量对复合材料硬度的影响  34-35
  3.2 复合材料载流摩擦磨损性能的研究  35-38
    3.2.1 不同电流条件下锡含量对复合材料摩擦磨损性能的影响  35-37
    3.2.2 不同速度条件下锡含量对复合材料摩擦磨损性能的影响  37-38
  3.3 复合材料动态电流的研究  38-42
    3.3.1 电流对载流效率和起弧率的影响  38-41
    3.3.2 速度对载流效率和起弧率的影响  41-42
  3.4 小结  42-44
第4章 载流摩擦磨损机制的研究  44-51
  4.1 机械磨损  44-46
    4.1.1 粘着磨损  44-45
    4.1.2 塑性变形  45-46
  4.2 电气磨损  46-47
  4.3 电流对磨损机制的影响  47-48
  4.4 速度对磨损机制的影响  48-49
  4.5 锡含量对磨损机制的影响  49-50
  4.6 小结  50-51
第5章 结论  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 进一步研究展望  52-53
参考文献  53-57
致谢  57-58
攻读硕士学位期间的研究成果  58

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金（金属陶瓷工艺） > 粉末成型、烧结及后处理
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