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原文传递表面机械滚压处理(SMRT)对接触网铜导线载流摩擦性能的影响

论文题名：	表面机械滚压处理(SMRT)对接触网铜导线载流摩擦性能的影响
关键词：	电力机车;接触网;铜导线;表面机械滚压;摩擦性能
摘要：	受电弓与接触网所组成的弓网系统是保证电力机车安全高效运行的供能核心，然而铁路科技不断革新发展，列车高速化和重载化的技术突破对弓网系统提出新的挑战：要求弓网系统不仅可以为服役列车的牵引或制动行为提供更多的电能，而且能较好地应对高速化和重载化下服役环境的恶化，确保列车受流质量不受影响。这也意味着弓网系统中的载流摩擦副的导电性、耐磨性、硬度强度等性能需要得到进一步提升，进而延长其服役寿命。　　由于铜基接触线本身硬度较低、耐磨性能较差且受热易软化等弊端而导致其应用范围受到一定限制，但它也同时具备了较优异的导电性能、较高的塑韧性、良好的可加工性以及较低的制备成本等优势，具有较大的潜在开发价值。　　本文通过表面机械滚压处理（Surface Mechanical Rolling Treatment，SMRT）技术在铜棒材表面制备出一层具有优异性能的梯度纳米结构层，并通过光学显微镜OM、透射电镜TEM以及电子背散射衍射EBSD对其进行表征。结果表明加工试样表层晶粒明显细化，晶粒尺寸约200~300nm，纳米细晶层厚度约达10~15μm，沿心部方向晶粒尺寸演变呈梯度特征，近表面硬度提高至基体硬度的1.53倍左右，具有一层厚度约达1800μm的硬度影响层，其表层的纳米力学性能和弹性模量显著提高，具备一定的抗蠕变性能。　　利用自行设计的载流摩擦系统进行了不同载流参数（承载电流、接触载荷以及滑动速度）条件下的载流摩擦学试验，对滚压处理后的铜试样的载流摩擦学行为展开研究，采用碳销作为对磨副。研究结果表明：　　（1）承载电流的增加会导致摩擦界面间电气黏着的增加，未处理的紫铜试样的摩擦系数呈线性增加的趋势，磨损黏着加剧，摩擦机制由磨粒磨损转变为磨粒磨损为主、疲劳磨损和黏着磨损共同作用；表面滚压处理试样的摩擦系数呈阶梯状下降并处于相对较低的水平，载流摩擦过程中的接触电阻比无处理试样平均降低了21.6%左右，累积电弧能量均降低了27.44%左右，其磨损机制由黏着磨损为主、磨粒磨损为辅转变为以黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损为辅。　　（2）摩擦载荷的增加会导致接触界面机械摩擦的增加，摩擦面犁沟现象明显，接触电阻和累积电弧能降低，未处理铜试样摩擦系数发生大幅降低，表面损伤严重，损伤机制由黏着磨损为主、磨粒磨损为辅转变为磨粒磨损为主、黏着磨损为辅；而滚压后的铜试样摩擦系数虽呈小幅度增加的趋势但仍小于无处理试样，损伤机制由黏着摩擦为主、磨粒磨损为辅转变为黏着磨损、磨粒磨损共同作用，表面损伤也相对较轻微。　　（3）滑动速度的改变则会引发载流界面中机械摩擦-电气侵蚀的耦合作用，未处理紫铜试样的接触表面发生电弧烧蚀氧化现象导致摩擦系数异常增加且处于较高水平，摩擦面损伤严重，碳销摩擦表面可观察到溅射现象，其磨损机制由磨粒磨损为主、电气氧化磨损与黏着磨损为辅逐渐转变为黏着磨损为主，磨粒磨损为辅；紫铜试样经过表面滚压加工处理后，在递增的摩擦剪切作用下表现出更为稳定且更低的摩擦系数及接触电阻，磨损过程受摩擦速度的影响较小，磨损机制为磨粒磨损与黏着磨损共同作用。
作者：	容康杰
专业：	化学工程
导师：	沈明学;余永洪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2021