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石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟

浏览次数: 发布时间:2022-08-08 来源:网络

石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟

单位:1. 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学);2. 山东大学电气工程学院;3. 全球能源互联网研究院有限公司

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.213237




摘要:铜钨合金(CuW)因其优异性能被广泛用作高压断路器的电触头材料,其在断路器开断关合过程中的弧后磨损是导致触头失效的重要原因。具有出色电学和力学特性的二维材料石墨烯(graphene, Gr)在增强复合材料领域受到了广泛关注。该文基于分子动力学模拟方法,针对CuW“假合金”的特点,应用粒子群算法建立CuW80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算了温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算了模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析了石墨烯对CuW80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:CuW80Gr模型的弹性模量在各温度下均比CuW80高,以0.15wt%石墨烯掺杂为例,在3000K下CuW80Gr的体积模量、杨氏模量和剪切模量分别提高了47%、99%和106%,CuW80Gr模型的硬度较CuW80提高了46%,且各模量与硬度均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,提升复合材料的耐磨损性能。石墨烯对CuW复合材料的增强机制可分为两点,一是其自身可在基体中起到屏障作用,阻断位错传播,二是其在基体中引起的部分位错对复合材料起到了位错强化的作用。 


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