环境气氛对C/C复合材料载流摩擦学性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上,以电流、速度、载荷为试验参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副进行载流摩擦磨损试验,分别分析空气、氮气对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的影响.试验结果表明:相较于空气气氛,氮气气氛下摩擦系数较高,磨损率较低.通过扫描电子显微镜和能谱仪对不同气氛下材料磨损表面形貌和成分进行观察,从微观上解释了两种气氛对C/C复合材料磨损率和摩擦系数的作用机理.     

碳纳米管增强铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金方法制备了碳纳米管增强铜基复合材料(CNT/Cu),碳纳米管的体积分数分别为0%、5%、10%、12%和15%,在HST100载流摩擦磨损试验机上考察了有无电流2种状态下复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:有电流条件下的摩擦系数和磨损率均比无电流条件下大,且表面磨损严重;载流条件下,随碳纳米管体积分数的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率均降低,主导磨损形式由电气磨损逐渐过渡到黏着磨损.碳纳米管在复合材料中起到增强、减摩的作用.     

地铁钢铝复合式第三轨/受电靴载流摩擦磨损特性研究

通过对销-盘摩擦磨损试验机的夹具和控制部分进行改进,研制出载流摩擦磨损试验装置,并采用该装置研究了地铁钢铝复合式第三轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性,采用激光三维共焦扫描显微镜和电子能谱仪等微观手段,结合电接触理论分析了摩擦副的载流摩擦磨损机制.结果表明:存在1个法向压应力阈值,当试验的法向压应力大于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而增大,此时电流增加了机械磨损;而当法向压应力小于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而减小,此时电弧烧蚀材料损失量较机械磨损大;钢铝复合式第三轨的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;钢铝复合式第三轨授流时,在一定的列车运行速度下法向压应力阈值是最佳的工作压应力,既能保证顺利授流,又使得摩擦副材料的磨损量较小,确保行车安全,降低维护频率,节约地铁运行成本.     

反应烧结Ti_3SiC_2/TiC复合材料摩擦磨损性能研究

采用无压反应烧结技术制备Ti3SiC2/TiC复合材料,利用XRD-7000型衍射仪、INSTRON-1195型电子万能试验机、JSM-6700F型扫描电子显微镜、HST-100型摩擦磨损试验机对Ti3SiC2/TiC复合材料烧结试样的相组成、抗弯强度、断口显微形貌和载流摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:在1550℃下可制备得到均匀致密的Ti3SiC2/TiC复合材料;随着试样中TiC含量的增加,复合材料抗弯强度逐渐增大;当TiC质量分数达到18%左右时,抗弯强度明显增加,摩擦系数趋于稳定,磨损率快速下降;电流强度是Ti3SiC2/TiC复合材料摩擦磨损性能的主要影响因素,随着试验电流强度的增强,摩擦系数和磨损率明显增大;同时在摩擦表面生成一层熔融状氧化膜(非载流:SiO2、TiO2和FeTiO3载流:FeTiO3和Fe2.35Ti0.65O4),主要磨损形式为电弧烧蚀和氧化磨损.     

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

油润滑条件下弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPA－2000型盘销式摩擦磨损试验机上评价了油润滑条件下弹性金属塑料复合材料与钢对摩时的摩擦学特性,用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌并分析其摩损机理,并在试验基础上建立了弹性金属塑料材料与钢对摩时的等摩损率图。结果表明：在低载荷条件下摩擦系数较高,随着载荷数升高摩擦系数降低;当滑动速度小于3．52m/s时,摩擦系数基于稳定在0．030;弹性金属塑料材料的磨损率随滑动速度和载葆的升高而增加,结合等磨损率图分析发现,当载荷小于1515N而滑动速度小于3．52m/s时,弹性金属塑料复合材料的磨损率相对较低;当滑动速度泪地3．52m/s时,弹性金属材料的磨损机理以微切削、挤压变形和犁沟磨损为主,在摩擦副两表面形成转移－依附物;当滑动速度为5．24m/s时,弹性金属塑料材料的磨损以表层软化和熔融为主要特征,所建立的等磨损率图对弹性金属塑料材料的使用有一定的指导作用。     

水轮发电机碳刷/集电环无载流与载流干滑动摩擦磨损性能研究

针对水轮发电机碳刷/集电环摩擦副磨损严重、打火和励磁电流不稳等现象. 在对常用碳刷(D172、E468e)磨损原因及影响因素分析的基础上，采用碳刷/GCr15钢球配副在Anton Paar Tribometer多功能摩擦磨损试验机上，研究干滑动条件下载荷、速度及电流密度对碳刷/GCr15钢球配副摩擦学性能的影响. 结果表明:碳刷/集电环摩擦副在载流与无载流时的摩擦磨损性能相差较大. 无载流时，D172和E468e两碳刷的磨损率均随载荷的增大呈现先减小后增大的趋势，在达到最小值时出现大转折，两碳刷磨损率变化趋势呈“U”字型. 无载流时D172碳刷磨损率远低于E468e，载流时则情况相反. D172碳刷无载流时磨损机理以磨粒磨损为主并伴有轻微黏着磨损，载流时碳刷除发生磨粒磨损、黏着磨损外还伴有氧化磨损. E468e碳刷在载流前后均为磨粒磨损. D172碳刷摩擦系数整体呈增大趋势，而E468e碳刷摩擦系数先缓慢增大随后逐渐减小，电流对D172碳刷摩擦系数的影响比E468e碳刷更明显.      

载流条件下碳纤维细编穿刺织物增强铜复合材料摩擦磨损性能研究

本文采用低压辅助熔渗法制备碳纤维细编穿刺织物增强铜(3D-Cf/Cu)复合材料,研究了载流条件下该复合材料的摩擦磨损特性.结果表明:载流条件下,由于电弧的作用,3D-Cf/Cu复合材料表面产生氧化磨损;载荷和速度一定时,随着电流的增大,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大.相同实验条件下,3D-Cf/Cu复合材料的摩擦磨损性能优于纯Cu.     

规则多孔铜基自润滑材料的干摩擦磨损性能

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载荷下的摩擦磨损机理.结果表明:新型自润滑材料的整体摩擦磨损性能优于同等铅含量的铸造铜铅合金;新型自润滑材料在载荷大于200 N时,摩擦系数小于0.08,磨损率仅为铸造铜铅合金的1/10～1/5;增大铅含量,能够进一步降低摩擦系数;随着试验载荷的增加,磨损机制从磨粒磨损转变为塑性变形和粘附作用.     

碳含量对碳素钢磁场摩擦磨损性能的影响与作用机制研究

基于自制的HY-100销-盘式磁场摩擦磨损试验机，对比研究了有无外加磁场条件下，低碳钢、中碳钢和高碳钢的滑动干摩擦行为和其磨损特性，并使用扫描电子显微镜、金相显微镜等分析了摩擦微观表面与次表面，探讨了碳含量对碳素钢磁场摩擦的影响规律和作用机理. 试验结果显示:根据碳含量的不同，有无磁场条件下碳素钢摩擦系数的变化也不同，在外加磁场条件下，低碳钢摩擦系数降低，中碳、高碳钢摩擦系数升高；随着碳含量升高，磁场对其摩擦系数的影响越小. 外加磁场可以有效改善碳素钢的磨损性能，随着碳含量升高，磁场对其磨损率的改善程度越大. 分析其原因可能为铁碳竞争氧化，这既保证了铁氧化物的减磨效应，也减缓了铁氧化物积累后的剥落. EDS能谱分析结果表明高碳钢的氧铁比最低，和铁碳氧化竞争模型推论相一致.      

Speed of Motion of a Short‐Circuit Arc in an Insulated Conductor

The paper deals with different scenarios of electric arc discharge propagation in the ITER tokamak toroidal magnet conductor. Estimates are obtained for the rate of discharge propagation along an insulated conductor and the conditions under which the conductor is cut by a direct current arc with typical values of 10–80 kA. The modes of a vacuum arc and normal and highpressure arcs are considered. The analysis was based on steadystate heat and masstransfer equations in a combination with the model of evaporation of the Knudsen–Langmuir surface.     

Experimental Investigation of the Interaction between an Electric Arc and a Gas Flow

The results of investigating the shape of an electric arc carrying an electric current of less than 100 A and exposed to an air, nitrogen, or argon stream at a stream velocity of from zero to 20 m/s, when the interelectrode gap is less than 20 mm, are reported. The shape of the arc is qualitatively investigated as a function of the gas type, blowing velocity, and interelectrode gap. It is shown that an arc burning in a channel with insulated walls is much more stable under these conditions than an arc with the same parameters burning in free space.     

HAN基液体发射药电点火特性的实验研究

在两级电点火装置上，利用高压脉冲电源进行了ＨＡＮ基液体发射药的电点火实验。实验观测到:在液体发射药的可靠点火过程中，存在着无电弧与电弧两种放电方式。实验研究了实现无电弧点火、限制电弧放电所需的电源特性参数及点火结构参数。目前电能利用率保持在６０％以上，而电弧放电能量仅占负载所吸收总电能的３０％。这种电点火系统对于提高武器自动化程度、增加射速等均具有重要的实际意义。     

NUMERICAL ANALYSIS OF ARC MOTION IN RAILGUN MUZZLE UNDER THE EFFECT OF BACKFLOW

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

The gasdynamic and electromagnetic factors affecting the position of arc roots in a tubular arc heater

The gasdynamic and electromagnetic factors affecting the position of arc roots in a tubular arc heater are analyzed. Mannitudes of the various factors are estimated through numerical modelling, and the overall action on the arc assessed. It is found that the actions on the arc in the rear electrode can be balanced in a stable manner and the arc root can be stabilized at a certain axial position. In the front electrode, the various factors cannot be balanced, and the arc root can only stay within the electrode through the mechanism of recurrent shunting. These conclusions agree with experimental observations. The project supported by National Natural Science Foundation of China     

Numerical modeling of the interaction between an electric arc and a gas flow

The interaction between an equilibrium arc discharge and a gas (air or argon) flow at atmospheric pressure and a current of 20 A is investigated on the basis of a time-dependent three-dimensional gasdynamic model. The computational algorithm uses the splitting in the spatial variables. The calculations are parallelized using the graphics card of a personal computer. The dynamics and the special features of the electric arc formation are studied for both gases. In the air the electrically conductive arc column is distributed in shape. In the argon a contracted conducting channel bent toward the flow direction is formed. It is established that the factor causing the differences in the process of electric arc formation in air and argon is the difference in their heat-conducting properties.     

Development of the temperature fields in an electric arc struck on a point electrode in a homogeneous gas stream

A study is made of the problem of a point electric source in a homogeneous gas stream and operating in the arc discharge regime. The development of an electric arc struck on a point cathode in a medium which moves without deformation is studied. The stationary problem of a two-dimensional electric arc that develops in a medium with piecewise constant electrical conductivity is solved. Expressions are obtained for the temperature fields, the thickness of the arc, the current-voltage characteristics, and the power in the arc. The stability of this stationary state with respect to short-wavelength perturbations is investigated. The critical electrical current at which instability commences is determined.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, pp. 91–99, March–April, 1981.I thank O. N. Sinkevich and I. M. Rutkevich for discussing the work, and also V. I. Grabovskii and V. A. Mareev for making some calculations.     

开断器中的电弧现象研究

开关、断路器中的电弧研究与等离子体化学是低温等离子体两个通常的应用领域。开断器中电弧物理过程的研究结果可应用于回路开断、限止过失电流及脉冲功率系统中。脉冲功率技术可应用于原子能聚变发电及其模拟。随着电力系统的容量不断增加,对开断过程的技