特种炭质滑动电接触材料载流磨损的微结构表征及抗磨机理研究

列车提速的极限取决于弓网受流技术、车辆技术及制动技术，如何科学抑制弓网接触-分离的电弧侵蚀磨损尤为重要。针对摩擦副接触不良产生的电弧难以控制及抑制电弧侵蚀磨损的本质难以掌控的研究现状，提出"种植预埋"具有润滑功能的抑弧介质的方法，减小电弧产生几率，抑制电弧侵蚀磨损。系统研究载流摩擦副磨损介面和磨屑的微观结构。前期研究初步阐明了抑弧介质的抑弧机理，并建立了减小电弧产生几率的作用模型。为弄清抑制电弧侵蚀磨损的本质，急需借助微结构表征及分析。故本申请拟应用最新发展的若干电镜技术重点测试分析载流磨损介面微结构和热态物理性能，以探究耦合场作用下载流磨损微观结构变化为主线，深入研究载流磨损过程中摩擦副的磨损机制及其起弧、抑弧机理，在理论上建立电接触材料抗电弧侵蚀磨损理论模型，为制备高载流质量、抗磨性稳定的炭质滑动电接触材料提供科学基础和实验依据。

本项目以现役纯炭滑板为研究对象，开展了对炭滑板材料的磨痕及其磨屑结构的精细表征，探究了抑弧润滑油对C/C复合材料/铜载流摩擦磨损性能的影响，同时研制了一种以Cf/Cu纤维混合编织体为增强相，以热解炭和树脂炭为基体炭的新型Cf/Cu-C受电弓滑板材料。项目借助微结构表征及分析方法，以探究耦合场作用下载流磨损微观结构变化为主线，阐明了炭滑板材料在电侵蚀过程中的失效形式和微结构演变规律及抑弧介质的抑弧机理，并建立了减小电弧产生几率的作用模型。研究发现，炭材料持续电弧作用下，在其磨屑的微结构中发现了一种“类球形缠绕状纳米炭结构”，其内部织构呈旋涡状，在该涡流结构的外部，是一种具有低取向度的石墨层结构。随着电流的增加，该球状颗粒的尺寸变大，而且数量有所增加，内部织构漩涡结构的半径也随之变大。新型Cf/Cu-C滑板材料各界面间具有良好结合，其体电阻率为10.16 μΩ·m，低于现役进口炭滑板和国产某型号炭滑板；其抗压强度及抗折强度分别为289Mpa、123Mpa，较其它两种材质滑板具有更优的机械强度。载流摩擦条件下，抑弧油可提高炭质材料的载流磨损性能，浸油炭质材料的磨损率约为未浸油炭质材料的1/3。抑弧油可有效地填充摩擦副间的间隙，并形成一层润滑膜，降低其摩擦因数，使载流磨损趋于稳定，降低其磨损；且在载流条件下，抑弧油通过其汽化蒸发和分解作用，形成气体抑弧微区，破坏电弧持续的能量平衡和离子平衡，从而提高复合材料的抑弧性能，使电弧侵蚀作用减弱。在理论上建立电接触材料抗电弧侵蚀磨损理论模型，为制备高载流质量、抗磨性稳定的炭质滑动电接触材料提供科学基础和实验依据。