载流摩擦副导电/摩擦接触行为的耦合关联途径与复合损伤机制研究

功能摩擦副，其摩擦接触表面不但承受机械摩擦磨损，而且承担有导电、导热等其他功能，高速、大电流的使用条件，将使摩擦学系统与载流系统之间的相互影响更加显著，建立苛刻服役条件下、高可靠性功能摩擦副的设计理论已成为我国能源、资源和高技术领域急需解决的基础科学问题之一。本项目拟在滑动载流摩擦条件下，以导电与摩擦表面接触行为的相互关联为切入点，分析摩擦磨损／电侵蚀损伤的耦合作用；研究摩擦学条件（速度、接触应力）、载流条件（电压、电流）、环境因素（温度、气氛）对材料载流与摩擦特性的影响规律；探索材料表面特性与载流／摩擦特性的关联机制，并提出微尺度下材料表面表征载流摩擦磨损的摩擦学参量，探索同时具有高载流性能与摩擦磨损特性的材料组织结构特点，发展具有良好导电/摩擦配副性能的摩擦学材料与表面膜形成技术；提出主动控制载流摩擦副系统性能的摩擦学技术手段，滑动载流摩擦副的摩擦学设计提供理论支持。

载流摩擦副的摩擦磨损性能和电接触性能之间的不同步是制约高科技和电力交通领域发展的主要难题，改善载流表面接触行为是解决问题的关键。本项目在大量试验和分析的基础上，在摩擦学条件（速度、接触应力）、载流条件（电压、电流）、环境因素（温度、气氛）条件下，开展了载流特性与摩擦磨损特性的耦合关联关系、导电/摩擦接触表面的复合破坏机制和高性能载流/摩擦磨损一体化材料设计的研究。通过改善摩擦表面接触状态，解决了载流摩擦副摩擦磨损性能与载流质量不同步的问题。主要研究工作是：通过研究有/无电流时摩擦表面温度和在不同速度、载荷摩擦磨损性能的差异性，分析了电流引起的电阻热和电弧热在载流摩擦中的作用，确定了电弧能量与载流质量、燃弧时间的相关性。通过分析在电因素，摩擦条件和环境因素条件下对载流摩擦副摩擦学特性和载流质量的影响规律，探索了载荷，环境和表面粗糙度对摩擦磨损性能和载流质量的作用规律，而电流和速度的增大会起到恶化作用，其主因是电弧能量和表面温度的变化。分析了载流摩擦中机械磨损和电气磨损的耦合关联关系，研究了电弧对材料的损伤作用，建立了载流条件下材料磨损规律模型，分析了摩擦热和电弧热对材料表面接触状态破坏的形式及途径。制备不同的铜基石墨复合材料,研究了不同石墨含量和粒度的复合材料在不同速度、电流密度条件下的摩擦磨损性能，分析了均匀碳膜形成可改善材料的摩擦磨损性能的有效作用，但大电流高速条件下导致的高温仍不能减缓液态铜的析出而引起的粘着磨损和磨粒磨损。研究期间发表期刊论文29篇，会议论文6篇，出版专著1部，申请和授权专利6件，研究结果对交通运输、国防、信息等行业相关部件的摩擦学设计有重要理论指导意义和参考价值。