一种空间载流摩擦副的低磨损滑动电接触特性研究

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金镍合金和镀有含硬金镀层的铜基材料可应用于真空环境中的电接触摩擦界面,是卫星导电滑环中的关键摩擦界面,也是制约其工作寿命的重要因素。本文研究的Au、Pd-Ni镀层的Cu基导电滑环环体和Au Ni9刷丝已经在国外类似产品中应用,正常工作条件下具有2000万周期以上的工作寿命。但前期测试发现,本文研究对象使用寿命无法达到国外水平。文献调研发现对于类似界面的长寿命工作的电接触特性相关研究很少,对界面的关键失效机理的认识目前尚不清晰。为解决以上问题,本文选取了一款国产商业卫星导电滑环的关键载流摩擦副作为研究对象,设计并搭建了两套专用载流摩擦副测试平台(平面线性往复、周向往复摆动),重点研究了长周期下关键摩擦副的低磨损滑动电接触特性,主要包括接触电阻、界面摩擦系数、界面磨损体积等性能指标与接触电流、运动速度、界面压力、接触形式等实验参数的关系。研究结果发现:(1)目标界面失效主要表现为接触电阻的不可逆增大,早于摩擦系数的增大。(2)相较于平面线性往复实验,目标界面在周向往复摆动实验中表现出更大的摩擦系数,更稳定的接触电阻和更长的寿命。(3)平面线性往复实验中的接触电阻与载荷和速度的取值有很强的相关性,不同的运动速度下寿命差异很大。(4)目标界面磨损主要是镀层磨损与疲劳破坏同时进行的耦合破坏。通过综合两种摩擦副运动形式的研究结果发现,界面摩擦系数对两种摩擦副接触形式具有较强的依赖性,周向往复摆动是接近真实工况的接触形式,而其中70°的环体V槽可能降低了配合界面实际摩擦力,提升了界面寿命。具体机理有待进一步研究。本研究促进了对金、钯-镍镀层的刷丝-铜环/铜片的载流磨损体系中电接触特性的进一步理解,并为实际工作中保证系统长时间稳定工作提供了指导。
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