張淑敏, 曲 強(qiáng), 劉蘭英, 肖 杰, 向紹波, 劉雪鵬, 劉繼奎

(北京控制工程研究所 精密轉(zhuǎn)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)壽命技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094)

金及其合金是典型的滑動(dòng)電接觸材料，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及接觸電阻低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍工和航空航天領(lǐng)域，如太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制力矩陀螺和天線指向機(jī)構(gòu)等[1-5]. 隨著新一代軍用衛(wèi)星的飛速發(fā)展，長(zhǎng)壽命、高可靠指標(biāo)的衛(wèi)星需求不斷提升，這對(duì)宇航電接觸材料的接觸穩(wěn)定性和耐磨性提出了更高的要求.

硬度是材料的重要性能指標(biāo)，提高材料硬度[6]以及合理匹配對(duì)偶摩擦副材料的硬度值對(duì)其摩擦磨損特性等具有十分重要的影響. 已有研究表明，采用添加合金元素[7-8]、離子注入[9-11]或熱處理等[12]方法均可顯著提高材料硬度、改善材料耐磨性并獲得較好的減摩效果. Conte等[8]在AuCu 合金中添加了Sn和Pb 等合金元素，發(fā)現(xiàn)合金硬度顯著提高，黏著磨損程度也相應(yīng)減輕. Leech[9]在AuAgCu 合金中注入N2+，發(fā)現(xiàn)N2+的注入提高了AuAgCu 合金硬度，同時(shí)黏著磨損和材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象大幅減輕. 高文等[11]在AuNi合金中注入In＋使其表層晶粒細(xì)化，提高了材料表層的強(qiáng)度和硬度，改善了合金的耐磨性. 為了探明低軌衛(wèi)星滑環(huán)(Au-Co鍍層環(huán)道/AuAgCu 合金觸頭)磨損壽命的影響因素，李長(zhǎng)江等[13]通過(guò)正交試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)提高鍍金層硬度可以顯著改善滑環(huán)摩擦磨損特性. 李曉棟等[14]采用磁控濺射在銅表面制備了光滑致密且硬度更高的Au薄膜，研究發(fā)現(xiàn)與電鍍Au薄膜相比，磁控濺射Au薄膜的導(dǎo)電性、真空載流磨損率和接觸電流噪音大幅改善. Furry[15]和曲強(qiáng)等[16]針對(duì)導(dǎo)電環(huán)電刷硬度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)刷絲硬度的增加能有效降低實(shí)際接觸面積和磨損表面粗糙度，顯著改善其摩擦系數(shù)和電接觸性能.Antler[17]研究了金合金刷絲和滑環(huán)的失效機(jī)理，發(fā)現(xiàn)環(huán)、絲材料的硬度匹配對(duì)滑環(huán)失效行為影響顯著. 陳鴻武等[18]通過(guò)在AgCuNi合金中添加稀土金屬元素可改變合金硬度，并發(fā)現(xiàn)環(huán)、刷合理的硬度匹配有利于提高導(dǎo)電環(huán)使用壽命. 可見(jiàn)，導(dǎo)電環(huán)材料的硬度、對(duì)偶副合理的硬度匹配對(duì)其摩擦磨損性能具有十分重要的影響.

目前，關(guān)于金基合金導(dǎo)電環(huán)材料硬度對(duì)其摩擦磨損性能的研究報(bào)道仍較少，有文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)提高刷絲硬度可改善其耐磨性能，而針對(duì)環(huán)片硬度對(duì)導(dǎo)電環(huán)摩擦磨損性能影響的研究仍較少. 為了探明導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度對(duì)其服役壽命的影響規(guī)律，優(yōu)化導(dǎo)電環(huán)對(duì)偶摩擦副材料的選擇，選取了AuAgCu合金環(huán)片和AuNi合金刷絲作為研究對(duì)象，研究了常溫大氣條件下環(huán)片硬度對(duì)金基合金導(dǎo)電環(huán)摩擦磨損性能的影響規(guī)律，為后續(xù)電接觸材料對(duì)偶摩擦副的選型提供了試驗(yàn)和理論基礎(chǔ).

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及制備

本試驗(yàn)中所用導(dǎo)電環(huán)片材料為AuAgCu合金，刷絲為直徑0.28 mm的AuNi合金絲. 為了研究環(huán)片材料硬度對(duì)導(dǎo)電環(huán)摩擦磨損性能的影響，本試驗(yàn)選取了2種不同硬度的AuAgCu合金環(huán)片，即環(huán)片1為軟環(huán)，環(huán)片2為硬環(huán). 采用島津全自動(dòng)顯微維氏硬度計(jì)(HMVG31-FA)測(cè)試2種環(huán)片和刷絲的維氏硬度，每個(gè)樣品測(cè)試3次并取平均值，具體硬度值列于表1中.

表1 合金環(huán)片和刷絲的維氏硬度值Table 1 Vickers hardness of alloy rings and brush

1.2 試驗(yàn)方法

摩擦磨損試驗(yàn)：采用通用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(UMTIV，Brucker)在大氣環(huán)境下進(jìn)行金合金材料的摩擦磨損試驗(yàn)，將AuNi合金刷絲用工裝彎折成直徑5 mm的圓弧，實(shí)現(xiàn)刷絲與金合金盤(pán)的接觸，如圖1(a)所示. 摩擦試驗(yàn)所施加的法向載荷為0.1 N，試驗(yàn)設(shè)定的旋轉(zhuǎn)半徑為7 mm，旋轉(zhuǎn)速度為100 r/min，對(duì)應(yīng)的線速度約為73.27 mm/s，試驗(yàn)運(yùn)行2 h.

Fig. 1 (a) Schematic diagram of material level friction experiment and (b) schematic diagram of contact mode and assembly of slip ring圖1 (a)材料級(jí)摩擦試驗(yàn)原理圖和(b)導(dǎo)電環(huán)接觸方式與裝配示意圖

導(dǎo)電環(huán)壽命試驗(yàn)：采用實(shí)驗(yàn)室自制圓柱環(huán)跑合設(shè)備在常溫大氣環(huán)境下對(duì)導(dǎo)電環(huán)的摩擦磨損性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)以100 r/min的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至2×106轉(zhuǎn)，刷絲壓力為0.1 N. 刷絲和環(huán)片的接觸方式與導(dǎo)電環(huán)和刷絲的裝配示意圖如圖1(b)所示.

采用納米壓痕儀(TI 980 TriboIndenter, Brucker)對(duì)2種不同硬度的環(huán)片進(jìn)行顯微硬度和彈性模量表征.采用使用三維白光干涉儀(NeXView, Zygo)觀察試驗(yàn)后刷絲和環(huán)片的磨損區(qū)域三維形及表面輪廓曲線. 采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(Hitachi SU-8010, SEM)觀察刷絲和環(huán)片磨損表面形貌和磨屑形貌，并使用能譜儀(EDS)對(duì)摩損表面進(jìn)行微區(qū)元素分析. 使用精密天平(XS204 200 g/0.1 mg)對(duì)壽命試驗(yàn)前、后環(huán)片和刷絲的質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)量.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同硬度環(huán)片材料的微觀組織和顯微硬度

采用金相顯微鏡對(duì)2種不同硬度環(huán)片的顯微組織進(jìn)行觀測(cè)，如圖2所示. 由圖2(a)可以看出，環(huán)片1的晶粒沿塑性加工方向呈現(xiàn)明顯的伸長(zhǎng)，獲得了長(zhǎng)約30~55 μm，寬約7~10 μm的排列整齊的柱狀晶組織. 由于外加壓應(yīng)力的作用，環(huán)片1的晶粒出現(xiàn)了一定程度的破碎，即部分柱狀晶中會(huì)包含多個(gè)破碎晶粒. 由圖2(b)可以看出，環(huán)片2的晶粒長(zhǎng)約10~20 μm，寬約5~10 μm，且沿軋制方向并無(wú)明顯的排列取向. 與環(huán)片1相比，環(huán)片2的晶粒尺寸明顯減少，這主要是由于二者的軋制和熱處理工藝不同，環(huán)片2在軋制過(guò)程中加工變形量增大，在熱處理過(guò)程中通過(guò)控制退火溫度和時(shí)間，加工硬化態(tài)的組織會(huì)出現(xiàn)一定程度的再結(jié)晶，最終環(huán)片2獲得了晶粒更加細(xì)小的組織結(jié)構(gòu).

Fig. 2 Metallographic structure of rings with different hardness: (a) ring 1; (b) ring 2圖2 不同硬度環(huán)片的金相組織：(a)環(huán)片1；(b)環(huán)片2

采用納米壓痕儀對(duì)2種不同硬度環(huán)片的顯微硬度和彈性模量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖3所示. 由圖3可以看出，當(dāng)壓入深度在300 nm以?xún)?nèi)時(shí)，環(huán)片的硬度和彈性模量均存在較大的波動(dòng)，這可能是由于材料表層成分不均勻或存在氧化、污染層等；當(dāng)壓入深度大于300 nm直到試驗(yàn)結(jié)束，環(huán)片的硬度和彈性模量基本保持不變，即為材料基體的測(cè)試結(jié)果. 由圖3(a)顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果可知，環(huán)片1和環(huán)片2基體的平均顯微硬度分別為1.85和2.13 GPa，將其單位換算成維氏硬度約為171.31 HV和197.24 HV (1 GPa=92.6 HV). 通過(guò)納米壓痕儀測(cè)得的顯微硬度值比宏觀維氏硬度值低，這主要是由于宏觀硬度試驗(yàn)中面積值是根據(jù)卸載后壓痕照片測(cè)量得到的，而納米壓痕試驗(yàn)中的面積值是由壓入深度計(jì)算得到的，包含了彈性變形和塑性變形特征，因而同種材料的顯微硬度值會(huì)低于宏觀維氏硬度[19-20]. 由圖3(b)彈性模量試驗(yàn)結(jié)果可知，環(huán)片1和環(huán)片2基體的彈性模量的平均值分別為96.52和105.59 GPa. 可見(jiàn)，提高環(huán)片硬度，其彈性模量也略有增加，這主要是由于2種環(huán)片的軋制和熱處理工藝不同，環(huán)片2的冷軋變形量更大，晶格畸變程度增大，材料的硬度和彈性模量也會(huì)有所增加[21].

Fig. 3 Changes of (a) microhardness and (b) elastic modulus with indentation depth圖3 (a)顯微硬度和(b)彈性模量隨壓入深度的變化情況

2.2 不同硬度環(huán)片材料的摩擦磨損特性

圖4所示為2種不同硬度環(huán)片與刷絲在大氣條件下摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線. 由圖4可以看出，硬度不同的AuAgCu環(huán)片與AuNi刷絲在大氣條件下的摩擦系數(shù)有顯著差異，環(huán)片1和環(huán)片2在穩(wěn)定階段的平均摩擦系數(shù)分別為0.19和0.04. 具體地，在摩擦試驗(yàn)初期，環(huán)片1的摩擦系數(shù)一直處于上升階段，這主要是摩擦副材料的表面磨合階段；當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到2 000 s以后，摩擦系數(shù)基本穩(wěn)定在0.18~0.20之間. 環(huán)片2初始摩擦系數(shù)在0.03左右，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中摩擦系數(shù)在0.03~0.05之間浮動(dòng). 根據(jù)上述摩擦試驗(yàn)結(jié)果可知，在試驗(yàn)參數(shù)相同的條件下，材料硬度對(duì)其摩擦系數(shù)有顯著影響，即環(huán)片硬度的提高有利于摩擦系數(shù)的降低.

Fig. 4 Friction coefficients of ring and brush under atmospheric conditions圖4 環(huán)片與刷絲在大氣條件下摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

采用光學(xué)顯微鏡、三維白光干涉儀和掃描電子顯微鏡對(duì)摩擦磨損試驗(yàn)后的環(huán)片形貌進(jìn)行觀測(cè)，如圖5所示. 由圖5可以看出，環(huán)片1和環(huán)片2在摩擦磨損試驗(yàn)后表面形貌差異較大，環(huán)片1表面磨損明顯，磨痕寬度約為105.32 μm，磨痕內(nèi)為典型的凹痕和麻點(diǎn)等黏著磨損形貌特征；環(huán)片2表面磨損較輕微，磨痕寬度約為56.47 μm，磨痕內(nèi)為犁溝狀形貌特征，表面砂紙磨拋的劃痕依然清晰可見(jiàn). 通過(guò)表面形貌分析可知，環(huán)片1在與刷絲對(duì)摩過(guò)程中表面發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形，剪切主要發(fā)生在硬度較低的環(huán)片1表面，導(dǎo)致表面粗糙度顯著增大；而環(huán)片2與刷絲的硬度相近，磨損形式主要以磨粒磨損為主. 通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)后環(huán)片表面形貌分析，并結(jié)合環(huán)片金相組織特征可知，環(huán)片2摩擦系數(shù)比環(huán)片1顯著降低是多種因素耦合的結(jié)果. 摩擦副材料組織性能和摩擦副硬度匹配等的不同會(huì)導(dǎo)致摩擦過(guò)程中磨損形式的不同，磨痕表面狀態(tài)和粗糙度也會(huì)不同，這些因素均會(huì)影響摩擦系數(shù)的大小.

Fig. 5 Optical micrographs, 3D morphologies micrographs and SEM micrographs of the rings after friction test:(a) ring 1; (b) ring 2圖5 摩擦試驗(yàn)后環(huán)片光學(xué)顯微、白光干涉及SEM的形貌照片：(a)環(huán)片1；(b)環(huán)片2

2.3 壽命試驗(yàn)后導(dǎo)電環(huán)表面形貌分析

圖6所示為導(dǎo)電環(huán)運(yùn)行2×106轉(zhuǎn)后環(huán)片和刷絲在光學(xué)顯微鏡放大150倍的表面形貌照片. 由圖6(a)和(b)可以看出，導(dǎo)電環(huán)1和導(dǎo)電環(huán)2的環(huán)片外圓柱面上機(jī)加工的刀紋形貌均清晰可見(jiàn)，在環(huán)片 “V” 槽底部以及環(huán)片與刷絲接觸部位均存在磨損痕跡. 環(huán)片磨損表面中心區(qū)域發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形，導(dǎo)致金屬被擠向環(huán)片兩側(cè)，并呈現(xiàn)出鱗片狀形貌特性，環(huán)片表面存在明顯的黏著特征. 此外，與環(huán)片1相比，環(huán)片2磨損區(qū)域?qū)挾扔兴鶞p少. 由圖6(c)和(d)可以看出，刷絲與環(huán)片接觸部位均存在磨損痕跡，刷絲1和刷絲2的磨損形貌無(wú)明顯的區(qū)別，刷絲2的磨損區(qū)域有所減小，但二者磨損區(qū)域形狀均不規(guī)則，難以準(zhǔn)確估算刷絲磨損體積，這可能是由于本試驗(yàn)中在裝配過(guò)程中刷絲與環(huán)道對(duì)中存在一定的誤差.

Fig. 6 Optical microscope micrographs of rings and brushs: (a, c) slip ring 1; (b, d) slip ring 2圖6 試驗(yàn)后環(huán)片和刷絲放大150倍的光學(xué)顯微鏡照片：(a, c)導(dǎo)電環(huán)1；(b, d)導(dǎo)電環(huán)2

采用三維白光干涉儀對(duì)導(dǎo)電環(huán)壽命試驗(yàn)后的環(huán)片和刷絲3D形貌以及截面輪廓曲線進(jìn)行了觀測(cè)，如圖7所示. 由圖7可以看出，與刷絲1相比，刷絲2的磨損程度有所降低，且刷絲2磨損截面輪廓曲線更為平滑；環(huán)片1和環(huán)片2磨損區(qū)域橫截面的寬度分別為390和320 μm，環(huán)片2磨痕寬度有所減小. 可見(jiàn)，提高導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度、縮小環(huán)片和刷絲之間的硬度差距，可以在一定程度上減小導(dǎo)電環(huán)環(huán)片的磨痕寬度，改善磨損區(qū)域的表面粗糙度，這有利于接觸穩(wěn)定性的提高.

Fig. 7 3D morphology micrographs and cross-sectional profiles of wear scars after friction test:(a, c, e) slip ring 1; (b, d, f) slip ring 2圖7 試驗(yàn)后環(huán)片和刷絲白光干涉照片和輪廓圖：(a, c, e)導(dǎo)電環(huán)1；(b, d, f)導(dǎo)電環(huán)2

圖8所示為2種不同硬度的環(huán)片磨損區(qū)域形貌照片及EDS能譜圖. 由圖8(a)和(b)可以看出，環(huán)片1磨損區(qū)域存在明顯的材料剝落，呈現(xiàn)出典型的黏著磨損形貌特征；環(huán)片2磨損表面中心區(qū)域表面黏著磨損明顯，但磨損區(qū)域兩側(cè)則呈現(xiàn)出明顯的犁溝狀劃痕形貌. 根據(jù)EDS能譜可以看出，環(huán)片1和環(huán)片2磨損區(qū)域的元素含量有所差別，這主要是環(huán)片硬度存在差異導(dǎo)致的.導(dǎo)電環(huán)1的環(huán)片硬度為200 HV，刷絲硬度為238.6 HV，在摩擦過(guò)程中低硬度的環(huán)片1易發(fā)生塑性變形，在黏著力的作用下易于向?qū)ε妓⒔z1表面轉(zhuǎn)移，因此環(huán)片1磨損區(qū)域的Au、Ag和Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)更接近環(huán)片材料本身，且Ni元素含量較低，如圖8(c)中A點(diǎn)EDS能譜所示. 與導(dǎo)電環(huán)1相比，導(dǎo)電環(huán)2的環(huán)片硬度為243.6 HV，刷絲硬度為238.6 HV，該摩擦副配伍情況下刷絲硬度略低于環(huán)片硬度，因此在摩擦過(guò)程中低硬度的刷絲2會(huì)更易于向?qū)ε辑h(huán)片2表面發(fā)生材料轉(zhuǎn)移，這使得環(huán)片2磨損區(qū)域Au和Ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，如圖8(d)中B點(diǎn)EDS能譜所示.

Fig. 8 SEM micrographs and EDS energy spectrum of ring wear scars: (a, c) ring 1; (b, d) ring 2圖8 環(huán)片磨損區(qū)域形貌照片及EDS能譜圖：(a, c)環(huán)片1；(b, d)環(huán)片2

圖9所示為壽命試驗(yàn)后刷絲磨損區(qū)域形貌照片及EDS能譜圖. 由圖9(a)和(c)可以看出，刷絲1磨損區(qū)域邊緣存在明顯的材料堆積和黏附，而刷絲2磨損表面相對(duì)光滑，材料黏附較少，且磨損表面出現(xiàn)犁溝狀形貌. 在摩擦力的作用下硬度較高的環(huán)片不斷刮擦刷絲2磨損表面，使得刷絲2表面呈現(xiàn)出犁削和黏著組成的復(fù)合磨損形式[5]. 如前所述，環(huán)片1硬度較低，在摩擦過(guò)程中環(huán)片1更易向刷絲1表面發(fā)生材料轉(zhuǎn)移，可以觀測(cè)到刷絲1表面Ag和Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，甚至在磨損區(qū)域A點(diǎn)未檢測(cè)到Ni元素的存在，如圖9(e)所示. 與之相反，刷絲2表面存在材料轉(zhuǎn)移，但由于環(huán)片2硬度略高于刷絲2，刷絲2表面材料轉(zhuǎn)移和黏附較少，磨損表面能夠檢測(cè)到Ag、Cu和Ni等元素，如圖9(f)所示.

Fig. 9 SEM micrographs and EDS energy spectrum of brush wear scars: (a, c, e) brush 1, (b, d, f) brush 2圖9 刷絲磨損區(qū)域形貌照片及EDS能譜圖：(a, c, e)刷絲1，(b, d, f)刷絲2

2.4 壽命試驗(yàn)后導(dǎo)電環(huán)的磨屑形貌及磨損量分析

在試驗(yàn)后導(dǎo)電環(huán)拆解過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)磨屑會(huì)從環(huán)體軌道內(nèi)掉出，磨屑為很細(xì)的金屬粉末. 隨后，我們對(duì)壽命試驗(yàn)結(jié)束后不同導(dǎo)電環(huán)的磨屑進(jìn)行了顯微形貌觀測(cè)，如圖10(a)和(b)所示. 可以看出，2種不同環(huán)片硬度的導(dǎo)電環(huán)在壽命試驗(yàn)結(jié)束后產(chǎn)生的磨屑顆粒呈現(xiàn)出明顯的大小和形狀不一的狀態(tài)，但在整體上磨屑顆粒均為薄片狀的金屬磨屑.

Fig. 10 Optical micrographs, SEM micrographs and EDS energy spectrum of wear debris:(a, c, e) wear debris 1; (b, d, f) wear debris 2圖10 壽命試驗(yàn)后磨屑的光學(xué)顯微照片、SEM形貌照片和EDS能譜圖：(a, c, e)磨屑1；(b, d, e)磨屑2

為了進(jìn)一步明確2種導(dǎo)電環(huán)的磨屑成分，采用掃描電子顯微鏡和能譜儀對(duì)上述2種磨屑分別進(jìn)行了觀測(cè)，形貌照片及能譜圖如圖10所示. 由圖10(c)和(d)可以看出，2種磨屑均為薄片狀，且磨屑顆粒松散的堆積在一起，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象. 根據(jù)EDS能譜圖可以看出，2種磨屑的成分均主要由Au、Ag、Cu和O等元素組成，這與導(dǎo)電環(huán)環(huán)片的金屬材料成分一致.

本文中旨在探討導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度改進(jìn)對(duì)導(dǎo)電環(huán)磨損性能的影響，為了衡量2種導(dǎo)電環(huán)的磨損量，有必要對(duì)壽命試驗(yàn)前、后導(dǎo)電環(huán)環(huán)片和刷絲的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，具體數(shù)值列于表2中. 由表2可以看出，跑合2×106轉(zhuǎn)后環(huán)片1的磨損量約為0.005 1 g，環(huán)片2的磨損量約為0.003 g，這表明與同種硬度的刷絲對(duì)摩，環(huán)片硬度提高可顯著降低導(dǎo)電環(huán)環(huán)片的磨損量. 由表2還可以看出，刷絲1與刷絲2試驗(yàn)后的質(zhì)量均略微有所增加，這主要由于在跑合過(guò)程中發(fā)生了材料轉(zhuǎn)移，且導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度越低，對(duì)偶摩擦副材料硬度值差距越大，跑合試驗(yàn)中材料轉(zhuǎn)移越明顯，壽命試驗(yàn)后刷絲增重越多.

表2 壽命試驗(yàn)前、后環(huán)片與刷絲的質(zhì)量Table 2 Mass of rings and brushes before and after lifetime test

通過(guò)上述摩擦試驗(yàn)、磨損形貌照片及磨損量分析可知，在大氣環(huán)境下提高導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度，對(duì)偶摩擦副材料可以獲得更低的摩擦系數(shù)和較好的減摩效果.當(dāng)然，環(huán)片硬度也不應(yīng)過(guò)高，否則會(huì)造成摩擦副材料電傳輸性能的下降，因此在一定范圍內(nèi)提高環(huán)片硬度，合理匹配摩擦副材料的硬度至關(guān)重要.

3 結(jié)論

通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)和表面分析表征，本文中研究了大氣環(huán)境下環(huán)片硬度對(duì)金合金導(dǎo)電環(huán)摩擦磨損性能的影響規(guī)律，具體結(jié)論如下：

a. 由摩擦磨損試驗(yàn)可知，隨著導(dǎo)電環(huán)環(huán)片硬度的提高，摩擦系數(shù)顯著降低，環(huán)片磨痕寬度有所減小，這與材料組織性能、摩擦副硬度匹配以及表面狀態(tài)等多種因素相關(guān).

b. 導(dǎo)電環(huán)壽命試驗(yàn)后，2種不同硬度的環(huán)片與刷絲接觸部位均存在典型的黏著磨損形貌特征，但環(huán)片2的磨損區(qū)域還呈現(xiàn)出明顯的犁溝狀形貌；磨屑顆粒均為薄片狀，松散的堆積并無(wú)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，且成分均為Au、Ag、Cu和O等，這與環(huán)片金屬成分相符.

c. 在一定范圍內(nèi)提高環(huán)片硬度，可顯著降低導(dǎo)電環(huán)環(huán)片的磨損量，對(duì)偶摩擦副可以獲得更低的摩擦系數(shù)和較好的減摩抗磨效果. 合理匹配摩擦副材料的硬度對(duì)導(dǎo)電環(huán)降低磨損至關(guān)重要.