載流條件下CNTs-Ag-G電接觸材料滑動摩擦磨損性能研究.pdf

1、碳納米管具有優(yōu)異的力學性能和良好的導電導熱性，是理想的復合材料增強體。本文通過對碳納米管表面鍍覆一層銀，增加碳納米管與基體的界面結合強度、提高碳納米管的分散性，從而改善復合材料性能。由于碳納米管尺寸小、曲率大、易纏結，對其表面進行化學鍍銀比較困難。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過研磨、氧化、敏化、活化后，可以提高碳納米管的表面活性，最終在碳納米管表面成功鍍覆一層比較均勻的銀層。 采用粉末冶金方法制備碳納米管-銀-石墨復合材料，初壓壓力200MPa

2、，在H2保護氣氛下燒結并保溫1h，復壓壓力400MPa制得復合材料。復合材料中添加石墨和碳納米管保證了復合材料具有自潤滑作用以及良好的強度、硬度。 研究了石墨和碳納米管含量變化對復合材料組織性能的影響。首先，保持碳納米管質量百分比1％不變，制備石墨質量百分比分別為8％，10％，13％，15％和18％的CNTs-Ag-G復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，隨著復合材料中石墨含量的增多，材料的相對密度、布氏硬度值降低，電阻率升高。并且復壓后的材料性

3、能明顯高于復壓前。其次，保持銀體積百分比65％不變，使用碳納米管部分取代石墨，其中碳納米管體積百分比分別為0％，2％，4％，6％和8％。研究發(fā)現(xiàn)，當復合材料中碳納米管的含量較少時，材料的相對密度和布氏硬度隨碳納米管含量的增加而增大，而電阻率則隨碳納米管含量的增加而持續(xù)下降。當含量超過6％后，復合材料的相對密度和硬度有下降趨勢，這主要由于碳納米管在復合材料中分布不均勻所致。 研究了電流極性、電流密度、石墨含量和碳納米管含量對復合材

4、料接觸電壓降的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在電磨損過程中，正負電刷接觸電壓降變化趨勢相同一先上升然后趨于穩(wěn)定，且負刷的接觸電壓降大于正刷的接觸電壓降。隨著電流密度的增大，接觸電壓降略有上升，但與電流密度之間為非線性關系，符合電機用電刷使用要求。電刷的接觸電壓降隨復合材料中石墨質量百分含量的增大先上升最后趨于穩(wěn)定，隨復合材料中CNTs的體積百分含量的增大先上升后下降。 研究了石墨含量、碳納米管含量和電流密度對復合材料摩擦系數(shù)的影響。隨著復合材

5、料中石墨質量百分含量的增多，電刷的摩擦系數(shù)逐漸降低，并且電摩擦系數(shù)遠大于機械摩擦系數(shù)。這是因為隨著石墨含量的增多，復合材料在磨損過程中形成的潤滑膜更加完整，摩擦發(fā)生在潤滑膜層，因此摩擦系數(shù)減?。挥捎陔娔p中潤滑膜容易被破壞，因此電磨損中摩擦系數(shù)較大。復合材料的摩擦系數(shù)隨材料中CNTs體積百分含量的增加先上升后下降，碳納米管含量6％時，摩擦系數(shù)最大。電磨損過程中的摩擦系數(shù)明顯高于機械磨損的摩擦系數(shù)，且兩者之間有著倍數(shù)的差別。隨單位面積上電

6、流密度的增加(0～25A/cm2)，摩擦系數(shù)上升；且摩擦初始階段的摩擦系數(shù)較大，隨時間推移，摩擦系數(shù)逐漸減小，最后穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。 研究了石墨含量、碳納米管含量、電流極性和電流密度對復合材料磨損量的影響。隨石墨含量的增加，電磨損量先下降后上升，石墨質量百分含量在13％左右磨損量最低。這是由于隨著石墨含量的增加，復合材料的磨損機制發(fā)生轉變造成的。碳納米管體積含量對復合材料磨損量的影響表明，當CNTs體積百分含量小于6％時，材料的