电流负载对滑动电接触系统摩擦学行为的影响

目的 探讨电流对滑动电接触摩擦学行为特性的影响,厘清电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系.方法 采用黄铜材料为对摩副,在自行设计的摩擦滑动电接触试验机上进行球-面电接触摩擦学试验.分别输入 0.2、1、2 A的直流负载,采集界面的摩擦因数、摩擦力、接触电压信号,并分别使用光学显微镜和扫描电镜等设备观察界面的摩擦磨损特性.利用ABAQUS中的热-电-力多场顺序耦合算法模拟试验过程,分析界面电压、温度和切应力的变化特性.结果 当电流从0.2 A增至 1 A时,界面的摩擦因数在稳定阶段均为 0.5左右,同时摩擦力信号也未出现显著差异.当电流负载进一步增至2 A时,摩擦因数增至 0.7,摩擦力也显著增大.当电流负载从0.2 A增至 2 A时,接触电压从 0.1 V增至0.75 V,接触电压的增大倍数与电流的增大倍数不同.磨损分析结果表明,当电流增至 2 A时,界面磨损程度加剧,同时导致磨屑堆积,形成局部"摩擦凸台",且"摩擦凸台"的数量显著增多,直接导致界面黏着区域增大.有限元分析结果表明,当电流增至2 A时,界面温度上升明显,热效应显著,因此剪切力明显增大.结论 界面的接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻,在摩擦过程中它们随磨损程度发生变化,因此接触电压不随电流的增大而等比例增大.当电流增至一定程度时对界面的摩擦学行为具有负作用,这是由于电流负载的增加导致界面温升显著,摩擦切应力增大,黏着效应增强,从而加剧了界面的摩擦磨损程度.此研究结果为认识电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系提供了理论依据.