多因素复合运动条件下金基合金摩擦副导电特性研究

To resolve the low reliability induced by the damage of switch in such high-end equipment as strategic weapons and aerospace, this project is based on the production, testing, transportation, storage and using of the precious metal micro switch contacts. After current-carrying density, contact force, working environment and the movement of the micro switch were simulated by using the bar alloy as the research object, the project analyses the dynamic evolution law of the conductive damage of the micro switch contact, focuses on the effect of dynamic contact behavior and the surface wear, oxidation, adsorption and the interaction of adsorbate on the electrical contact performance in the process of coupling movement, explores the relations of the environmental factors, wear debris and the dynamic contact behavior, reveals the influence law of contact behavior on the decline of the system elastic force and the mechanism of the interaction between the contact behavior and the conductive reliability, proposes the measures for suppression of the decline of conductive ability, develops the current-carrying tribology theory of multi-factor conditions. The results may provide technical support to enhance strategic weapon system's ability to the national security.

针对战略武器装备、航空航天等高端领域导电触头损伤，导致控制系统可靠性低的技术需求，本项目以贵金属微开关触头的生产、测试、运输、储存和使用过程为背景，以金基合金为研究对象，在模拟微开关载流密度、接触力、使用环境及运动方式的条件下，研究微开关触头导电损伤的动态演变规律，深入研究接触表面状态和耦合运动过程中动态接触行为对电接触性能的影响，重点关注表面的磨损、氧化、吸附及吸附物的相互作用等对电接触性能的影响，探索环境因素、磨损产物与动态导电行为的关联途径，及触点行为对系统弹性力衰退的影响规律，揭示微开关触点接触行为与导电可靠性的相互作用机制，提出抑制导电能力衰退速度的技术措施，发展多因素条件下载流摩擦学理论，为提升战略武器系统对国家安全的保证能力提供技术支撑。

微小开关的可靠性是系统可靠性的基础。对于大量采用贵金属触头微小开关的航空航天、武器装备等系统，特别是战略武器系统，其贵金属微小开关触头的可靠性，不仅影响（甚至是决定）本系统的可靠性，甚至影响国家安全。. 本项目以金基合金微小开关的生产、测试、存储、使用过程的电接触性能衰退为背景，分别采用铜合金配副，金基合配副，研究接触、运动、环境等多因素作用下摩擦副导电性能衰退。主要结果如下：. 带电往复微滑动条件下，摩擦副的正压力达不到给定初始正压力，后期较低；接触电阻的平均值和波动比较稳定，主要失效途径为瞬断，原因是摩擦副运行中的跳动导致接触分开。主要磨损机理包括犁沟、粘着、撕裂和电弧造成的熔融、喷溅等。. 不带电往复微滑动条件下，摩擦副的正压力存在波动，其中间值先上升，再下降，后期接近于零。正压力中间值增加由摩擦过程中材料转移过程决定。微动条件下材料损失小，正压力中间值下降慢，波动范围小。（从正压力保持率和接触看，摩擦副服役中，存在最佳初始设定正压力和合理刚度。）对比金试验和铜试验，发现控制摩擦副服役阶段，能够获得良好的性能。. 表面粗糙度、表面污染物、磨损产物对往复微滑动过程中摩擦副的导电能力影响不大，主要是摩擦过程具有推出作用。. 温度、湿度、有机扩散源是摩擦副存储过程失效的主要影响因素。试验中，摩擦副接触电阻先快速下降，再增加。高温高湿环境下失效速度快，有机扩散源进一步加速。失效的机理为吸附、氧化反应、电化学反应等导致膜电阻增加。发现，最佳存储条件为，不含有机扩散源，温度不高于20℃，湿度不高于50%。. 通过研究，提出了抑制摩擦副导电性能衰退的技术措施：1.合理控制存储环境气氛、温度和湿度；2.通入较大电流等加热途径；3.合理的外加往复运动；4.合理选择摩擦副及服役阶段。研究结果为提高摩擦副的可靠性提供了技术支持。