载流摩擦磨损研究现状及展望

来源期刊：材料导报2019年第13期

论文作者：惠阳 刘贵民 闫涛 杜林飞 周雳

文章页码：2272 - 2280

关键词：载流摩擦磨损;电弧;摩擦磨损机理;仿真预测;减摩抑弧;

摘    要：随着电气化铁路、航天航空、军事装备等领域的发展,对载流摩擦磨损理论及重点技术的研究提出了迫切需求。如国产高铁"和谐号"和"复兴号"的最高运行速度均已突破400 km/h,但大幅提速会导致弓网系统载流量倍增、离线率提高,从而严重影响弓网系统寿命;电磁轨道炮作为一种新型概念武器,是全球军事研究的热点,在高速、大载流的工况下也会产生高速刨削、高速摩擦磨损以及转捩与电弧烧蚀等失效问题。因此,深入系统地研究载流摩擦学有利于解决实际中存在的问题,特别是对研制新型耐磨、耐烧蚀材料具有重要意义。载流摩擦磨损作为电接触系统与摩擦系统共同耦合作用的结果,早在20世纪20年代就有国外学者开始进行相关研究。初期实验多以铜或铜合金为摩擦副材料,探究电流、载荷、滑动速度、电弧对载流摩擦磨损性能的影响规律是载流摩擦磨损研究的典型工作之一。现阶段的研究内容已由传统的摩擦系数、磨损率、表面形貌逐步发展到接触的电阻变化、表面温升的影响、电弧侵蚀的定量分析等方面。近几年,基于前期大量实验数据积累,研究人员发现载流摩擦副的表面温升和磨损量受电流、载荷、滑动速度影响,并存在函数关系。国内外学者已成功采用ANSYS、COMSOL等有限元分析软件对弓网系统、电磁轨道炮温度场进行了仿真预测,有效实现了摩擦热、焦耳热与电弧热的耦合,为延长设备使用寿命和解决失效问题提供了科学依据。同时也通过数理统计方法建立了磨损量预测模型,可通过预测函数更为系统地研究载流摩擦磨损规律。随着研究手段的丰富,研究人员也开始结合磨痕表面、亚表面和磨屑形貌成分深入地研究了载流摩擦磨损机理,并在此基础上研制了满足载流摩擦工况需求的碳基复合材料、梯度自润滑材料等。本文综述了载流摩擦磨损的基本特征,阐述了工作参数对载流摩擦磨损性能的影响,重点对载流摩擦磨损中电弧产生机理及影响因素进行了分析,并对载流摩擦磨损温度场及磨损量的仿真预测研究成果进行了归纳,总结了载流摩擦中的摩擦磨损机理和减摩抑弧方面的研究进展。最后,对目前载流摩擦研究中存在的问题进行了梳理并提出了改进方向。