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铜纤维增强碳基受电弓滑板复合材料的制备与性能研究
| 论文题名： | 铜纤维增强碳基受电弓滑板复合材料的制备与性能研究 |
| 关键词： | 铁路列车;受电弓滑板;铜纤维增强碳基复合材料;制备工艺;载流磨损机制 |
| 摘要： | 近些年来轨道交通的高速发展极大地推动了国民经济和社会的进步，而受电弓滑板作为列车的摩擦、集电元件却仍然依赖于进口，成形模具和材料体系的研究是受电弓滑板国产化的关键因素。本论文使用Deform-3D软件对模具成形区轮廓进行有限元模拟，研究针状焦和铜纤维增强碳基受电弓滑板复合材料及其载流磨损机制。主要研究工作如下： （1）优化设计出受电弓滑板挤出模具成形区的轮廓，当成形区轮廓为内圆弧142mm的R角时，可以在最短的时间挤出等效应力最小、密度最大的工件。当成形区的长度增加时，可以使挤出过程更加平稳，但较长的距离会使材料内部产生极限塑性流动应力的时间延长。得到当成形区长度在100-200mm时，挤出效果最佳。 （2）探索了烧结碳基体材料的组分、焙烧工艺及其制备方法。制备了五种针状焦含量的烧结碳基体（NC/C），当针状焦含量为8wt%时性能最佳，其抗弯强度为26.49MPa、冲击韧性为0.13J/cm2、电阻率为40.64μΩ·m。分析表明，一定含量的针状焦提高了碳基复合材料的力学性能，降低了电阻率、摩擦系数和磨损率。 （3）以铜纤维为金属增强相，选用性能最优的针状焦系碳基复合材料为基体，通过热轧工艺制备了四种不同含量铜纤维增强的针状焦系碳基复合材料。研究发现，铜纤维增强针状焦系受电弓滑板材料（CF-NC/C）在铜纤维含量为5wt%时（CF-NC/C-5）性能最佳，其中密度、电阻率和冲击强度分别为1.8788g/cm3、35.18μΩ·m、0.16J/cm2。在10A的电流下，平均摩擦系数和磨损率分别为0.085μ和0.0152mg/m。 （4）在载流摩擦实验中，当电流密度升高时，电弧侵蚀作用明显，电气磨损加剧。铜纤维端面发生喷溅和熔融，并浸渗到碳基体表面，这不仅起到增强摩擦表面的作用，还在摩擦副表面形成润滑铜膜，从而保护样品摩擦表面。而熔点较高的碳基体通常会出现蒸发和气化，然后在凝固过程中会形成颗粒和孔洞，并且在摩擦表面产生了氧化膜和烧蚀坑。 |
| 作者： | 李梦 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 蒋阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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