石墨烯/铜钨触头弧后瞬态场观测与耐烧蚀性能增强机制OA

现有对电触头电弧烧蚀特性的探测研究多集中于高速相机拍摄燃弧动态演变过程,尚缺乏针对弧后瞬态场的观测分析,而触头电弧烧蚀这一物理过程会引起触头周围流场的剧烈扰动,研究弧后瞬态场演化特性及其与触头耐烧蚀性能的关系具有重要意义。该文搭建了可观测电触头烧蚀弧后瞬态场的高速纹影系统,通过分析瞬态场演化特性与烧蚀机理的内在联系提出耐烧蚀性能评估表征量;并且建立了石墨烯/铜钨触头的动态冷却速率模型,根据弧后瞬态场变化特征量揭示了石墨烯增强铜钨合金耐烧蚀性能的机制。结果表明,掺杂质量分数为0.15%石墨烯的CuW80Gr触头,电弧烧蚀剧烈程度显著降低,表现为其纹影图像灰度差绝对均值数据的平均值为CuW80触头的64%,气体密度恢复至常态的时间显著缩短,仅为CuW80触头的58%;燃弧后CuW80Gr触头弧隙表层温度始终低于CuW80触头,其弧隙气流柱轴心温度数据均值仅为CuW80触头的71%,可以更有效地抵抗电弧侵蚀。石墨烯对铜钨合金触头的增强机制体现为石墨烯掺杂改性促进材料表面热量向内部快速扩散,从而提升了复合材料的散热性能。研究结果可为设计具备更高耐烧蚀性能的石墨烯改性电触头材料提供参考。