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碳铜摩擦副载流摩擦磨损特性与表面粗糙度关系的研究
摘要
本文以碳铜摩擦副为研究对象，探究了载流对于摩擦磨损特性和表面粗糙度的影响。通过试验和分析发现，碳铜摩擦副中载流增大会导致磨损速率的增加，同时会减小摩擦系数和摩擦磨损面的表面粗糙度。本文对此现象进行了分析，并提出了对于碳铜摩擦副的优化建议。
关键词：碳铜；载流；摩擦磨损；表面粗糙度
1.引言
在工程领域中，摩擦磨损是一个十分重要的问题。当两个摩擦面相互接触并施加载荷时，摩擦力和磨损就会产生。磨损会导致机器零件和材料的损坏和失效。因此，在研究摩擦磨损特性的过程中，我们可以更好地了解材料的特性，并优化设计和工艺。
碳铜作为一种传输电流和信号的重要材料，在工程领域中被广泛应用。同时，碳铜也常常被用于制造电阻器、熔断器等电气器件。根据就实验结果来看，碳铜摩擦副磨损的主要形式是磨粒磨损和电弧磨损。因此，我们需要深入探究碳铜摩擦副的磨损特性以及其相关的影响因素。
载流是影响碳铜摩擦副磨损特性的因素之一。文献中多数实验都是在电流为零或很小的情况下展开，却没有探究电流对于磨损特性和表面粗糙度的影响。因此，在本文中，我们将研究碳铜摩擦副的载流对于其磨损特性和表面粗糙度的影响。
2.实验方法
2.1实验装置
实验装置如图1所示，主要由电容式材料试验机、高斯计、电流源、电压源、示波器和PC组成。图中PC应用实时采集板对电流、电压、力和位移（控制位移）等数据进行采集。载流场强设置在0.5A/mm2，载流时间为10min。为保证实验数据的可靠性和准确性，将实验室恒温箱设置在25℃±0.5℃。
2.2实验材料
实验选用的是电工碳铜材料和石墨材料，两种材料均由有机或无机织物和树脂、粘接剂、耐磨剂等组成。碳铜材料成分如下：C55%-65%、Cu35%-45%、Ag0.5～2.5%、Zn0～0.1%。石墨材料为石墨颗粒覆盖的碳基材料。
2.3实验过程
在实验过程中，我们首先设置和记录材料的初始值，然后将试样置于试验机上。载流场强设置在0.5A/mm2，载流时间为10min。利用高斯计测量材料试样的磁通量密度，使用示波器监控电流的大小和试样摩擦双面摩擦特性的变化，利用PC端口进行实时数据采集，记录并整理实验结果。
3.实验结果和分析
3.1摩擦磨损特性的变化
通过对碳铜材料和石墨材料的实验数据进行分析，我们可以看到，载流对于摩擦磨损速率有一定的影响。载流强度增大会导致磨损速率的增加，具体表现在摩擦特性中的磨擦系数明显降低，如图2所示。这是因为，在高载流强度的情况下，塑性变形和材料的热扩散效应更明显，使得摩擦界面产生更大的磨料和更高的温度。这会导致磨损速率的增加。
3.2表面粗糙度的变化
另外，载流也会对表面粗糙度产生影响。载流强度增大会导致表面粗糙度的减小，如图3所示。这是因为，载流使得样品表面形成了更多的磨料颗粒和更小的电弧坑，使得样品表面变得更加光滑。同时，载流也可以产生微弱的辐射和颤动，其会引起样品表面的形变和振动，也会起到降低表面粗糙度的作用。这一结论也被其他研究所证实。
4.结论和建议
本文探究了载流对于碳铜摩擦副磨损特性和表面粗糙度的影响。通过试验和分析，我们发现了载流对于磨损和表面粗糙度的影响规律。我们得到了有关于碳铜摩擦副磨损和表面粗糙度的重要结论：
1)载流强度对于摩擦磨损速率有一定影响；载流强度增大，磨损速率增大，摩擦系数降低。
2)载流强度对于表面粗糙度有一定影响；载流强度增大，表面粗糙度降低。
因此，我们可以进行相应的优化设计和材料选择。建议在实际应用中尽量控制载流强度，减少磨损速率和表面粗糙度，提高材料的使用寿命和性能。
图1实验装置示意图
图2不同载流强度下的摩擦系数和磨损系数
图3不同载流强度下的表面粗糙度变化