接觸導(dǎo)線用Al-,2-O-,3--Cu復(fù)合材料電滑動(dòng)磨損性能研究.pdf

1、隨著高速電氣化鐵路的不斷發(fā)展，要求銅合金接觸導(dǎo)線不僅具有較高的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，而且還應(yīng)具有優(yōu)良的耐磨性能和較高的抗軟化性能。Al2O3/Cu復(fù)合材料因具有優(yōu)良的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能以及抗高溫軟化性能而成為備受矚目的一種工程材料。本文以內(nèi)氧化法制備Al2O3/Cu復(fù)合材料為研究對(duì)象，采用內(nèi)氧化工藝制備了不同Al2O3含量的Al2O3/Cu復(fù)合材料。并根據(jù)高速鐵路對(duì)接觸導(dǎo)線材料提出的性能要求和Al2O3/Cu復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理，設(shè)計(jì)了三種Al

2、2O3/Cu復(fù)合材料（Al2O3含量分別為0.24wt％、0.40wt％和0.60wt％）。對(duì)不同Al2O3含量的Al2O3/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電率、硬度及抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，并將制備的Al2O3/Cu復(fù)合材料及Cu-0.36Cr-0.06Zr合金在自制的磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行電滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)，研究了有無載流條件下電流、速度和接觸壓力對(duì)接觸導(dǎo)線磨損率的影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜儀（EDS）對(duì)接觸導(dǎo)線磨損表面及縱剖面進(jìn)行微觀組織分析

3、并探討其磨損機(jī)理，為Al2O3/Cu復(fù)合材料在電滑動(dòng)領(lǐng)域的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。 主要得到以下結(jié)論： 采用內(nèi)氧化法制備的0.24Al2O3/Cu、0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu三種復(fù)合材料的導(dǎo)電率分別為：93％IACS、89％IACS和85％IACS；抗拉強(qiáng)度分別為：530MPa、585MPa和607MPa；硬度分別為：152HV、165HV和178HV。其綜合性能優(yōu)良，能夠滿足高速電氣化鐵路用接觸導(dǎo)

4、線的基本性能要求。 電滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明：相同試驗(yàn)條件下，Al2O3/Cu復(fù)合材料的抗摩擦磨損性能明顯優(yōu)于Cu-0.36Cr-0.06Zr合金，且0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu的耐磨性更加優(yōu)越。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，四種接觸導(dǎo)線材料的磨損率均隨著電流、滑動(dòng)時(shí)間的增加而增加。電流對(duì)0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu的影響不明顯，對(duì)0.24Al2O3/Cu和Cu-0.36Cr-0.06Zr磨損率的影

5、響較顯著。0.24Al2O3/Cu和Cu-0.36Cr-0.06Zr合金的磨損率隨電流強(qiáng)度的增長率均較0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu的大；在電滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)過程中，隨著時(shí)間的延長，0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu的磨損壽命較Cu-0.36Cr-0.06Zr合金的磨損壽命將呈現(xiàn)出越來越明顯的優(yōu)越性。在試驗(yàn)范圍內(nèi)相同參數(shù)條件下，隨著Al2O3含量的增加，復(fù)合材料的磨損率逐漸降低，材料的抗磨損性逐漸增強(qiáng)

6、，即0.40Al2O3/Cu和0.60Al2O3/Cu明顯優(yōu)于0.24Al2O3/Cu的耐磨性能。在有電流存在時(shí)，0.60Al2O3/Cu的抗耐磨性更加明顯。 Al2O3/Cu復(fù)合材料在無加載電流條件下磨損機(jī)制主要為粘著磨損和磨粒磨損；在載流條件下磨損機(jī)制主要為粘著磨損、磨粒磨損、氧化磨損和電燒蝕磨損，且隨加載電流的不斷增加，粘著磨損程度加重，Al2O3/Cu復(fù)合材料表面的粘著物主要來自于銅基粉末冶金滑塊。Cu-0.36Cr-0