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(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，是理想的復(fù)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(jié)合強度、提高碳納米管的分散性，從而改善復(fù)合材料性能。由于碳納米管尺寸小、曲率大、易纏結(jié)，對其表面進行化學(xué)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(fù)合材料，初壓壓力200MPa

2、，在H2保護氣氛下燒結(jié)并保溫1h，復(fù)壓壓力400MPa制得復(fù)合材料。復(fù)合材料中添加石墨和碳納米管保證了復(fù)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(fù)合材料組織性能的影響。首先，保持碳納米管質(zhì)量百分比1％不變，制備石墨質(zhì)量百分比分別為8％，10％，13％，15％和18％的CNTs-Ag-G復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，隨著復(fù)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(fù)壓后的材料性

3、能明顯高于復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(guān)系，符合電機用電刷使用要求。電刷的接觸電壓降隨復(fù)合材料中石墨質(zhì)量百分含量的增大先上升最后趨于穩(wěn)定，隨復(fù)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(fù)合材料摩擦系數(shù)的影響。隨著復(fù)合材

5、料中石墨質(zhì)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(fù)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??；由于電磨損中潤滑膜容易被破壞，因此電磨損中摩擦系數(shù)較大。復(fù)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(fù)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(zhì)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(fù)合材料的磨損機制發(fā)生轉(zhuǎn)變造成的。碳納米管體積含量對復(fù)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