環(huán)境濕度對(duì)碳/銅滑動(dòng)接觸副載流摩擦學(xué)行為的影響

李含欣 ,季德惠 ,沈明學(xué)* ,肖葉龍 ,趙火平 ,劉新龍 ,熊光耀

(1.華東交通大學(xué) 軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施性能監(jiān)測(cè)與保障國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330013;2.華東交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西 南昌 330013)

弓網(wǎng)系統(tǒng)作為電力機(jī)車(chē)關(guān)鍵的受流部件，起著至關(guān)重要的作用，其穩(wěn)定性和受流質(zhì)量直接影響列車(chē)能否安全快速可靠運(yùn)行[1].作為1個(gè)開(kāi)放的摩擦學(xué)系統(tǒng)，受電弓碳滑板和接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)間的受流和摩擦特性受外界環(huán)境的干擾比較顯著，復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境將影響弓網(wǎng)的服役性能.特別是雨霧天時(shí)，空氣中的水汽含量較高，對(duì)摩擦副散熱和表面摩擦狀況有很大影響[2].因此，系統(tǒng)研究不同環(huán)境濕度下弓網(wǎng)系統(tǒng)的載流摩擦行為，對(duì)改進(jìn)其摩擦學(xué)性能具有重要的意義.

大量研究已證實(shí)，濕度會(huì)通過(guò)吸附和化學(xué)反應(yīng)影響接觸狀態(tài)，進(jìn)而影響摩擦副的摩擦學(xué)性能和磨損機(jī)理[3].當(dāng)存在電流時(shí)，對(duì)摩擦行為的影響將變得更加復(fù)雜.近年來(lái)，關(guān)于干濕環(huán)境對(duì)載流磨損影響的研究較多，Shangguan等[4]通過(guò)噴霧的方式對(duì)銅合金在干濕條件下的摩擦磨損進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水的冷卻和潤(rùn)滑作用使銅的磨損率和摩擦系數(shù)降低.Sun等[5]通過(guò)將純銅浸泡在水中進(jìn)行滾動(dòng)的方式研究了載流摩擦學(xué)行為，指出通過(guò)裂紋進(jìn)入到銅內(nèi)部的毛細(xì)管力是提高水中載流摩擦系數(shù)的關(guān)鍵，揭示出接觸表面可以發(fā)生摩擦化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化兩種反應(yīng)機(jī)制.袁文征等[6]通過(guò)控制通入干、濕氣流流量比的方法對(duì)不同濕度環(huán)境中鋼/銅配副摩擦磨損性能研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度的增加有利于改善摩擦副材料的宏觀(guān)摩擦學(xué)性能.但關(guān)于特殊環(huán)境下受電弓滑板磨損行為的研究較少，松山晉作等[7]通過(guò)灑水的方式研究了弓網(wǎng)系統(tǒng)在雨天運(yùn)行時(shí)的磨耗問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)通電時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱和電弧熱使水汽化，從而產(chǎn)生了散熱作用，減輕了磨損.王蒙[8]通過(guò)垂直噴水和浸泡的方式對(duì)潮濕條件下滑板摩擦磨損行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著潮濕度的增加，碳滑板的磨損量呈現(xiàn)出先減小后增大的U型變化趨勢(shì).然而，這兩者均是在雨水或是100%水環(huán)境中作出的結(jié)論，未對(duì)真實(shí)工況，即空氣中相對(duì)濕度(RH)的影響進(jìn)行研究.

本文中研究了在無(wú)電流和載流工況下，不同環(huán)境濕度對(duì)碳/銅滑動(dòng)接觸副摩擦學(xué)行為的影響，重點(diǎn)探討了10%～80% RH環(huán)境下摩擦副的摩擦系數(shù)時(shí)變特性、載流工況下的累積電弧能量和平均接觸電阻，以及不同工況下磨損形貌、銅顆粒存在形式和損傷機(jī)制，以期為低濕環(huán)境下改善弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸性能及提高受電弓滑板的使用壽命提供理論參考.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及材料

試驗(yàn)在多功能往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)儀(UMT-3，USA)上進(jìn)行，加裝濕度控制模塊后其示意圖如圖1(a)所示.試驗(yàn)時(shí)，將上下試樣置于半密封腔內(nèi)，上試樣保持靜止，下試樣作周期性往復(fù)滑動(dòng)，二維力學(xué)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄摩擦力.將具有一定濕度的空氣由濕度控制系統(tǒng)送至半密封腔內(nèi)，使摩擦體系處于濕度連續(xù)可控的環(huán)境中，通過(guò)濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相對(duì)濕度.試驗(yàn)回路主要由直流電源、電阻、上試樣銅棒和下試樣碳棒組成，試驗(yàn)回路示意圖如圖1(b)所示.電流傳感器和電壓傳感器實(shí)時(shí)記錄電流和電壓值，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集.

Fig.1 (a) Schematic diagram of a reciprocating friction and wear tester and (b) Schematic diagram of test circuit圖1 (a)往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)示意圖和(b)試驗(yàn)回路示意圖

試驗(yàn)所使用的上試樣為直徑12 mm，高28 mm的純銅棒，摩擦配副下試樣為直徑10 mm，高15 mm的純碳棒，其化學(xué)成分列于表1中.

表1 上下試樣化學(xué)組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical compositions of upper and lower samples (mass fraction)

1.2 試驗(yàn)過(guò)程及方法

試驗(yàn)開(kāi)始前，使用已浸濕酒精的無(wú)紡布擦拭碳棒試樣表面，并將銅棒試樣置于無(wú)水乙醇中超聲清洗5 min，隨后冷風(fēng)吹干.試驗(yàn)時(shí)相對(duì)濕度的控制采用飽和鹽溶液法實(shí)現(xiàn)[9-10]，分別可實(shí)現(xiàn)10%、35%、55%和80%的可控相對(duì)濕度(RH)，誤差為±3%.當(dāng)半密封腔內(nèi)的濕度達(dá)到試驗(yàn)要求時(shí)，在室溫(25±3 ℃)下進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn).試驗(yàn)施加法向載荷(Fn)為4 N，滑動(dòng)位移幅值(L)為6 mm，往復(fù)頻率(f)為2 Hz，試驗(yàn)時(shí)間為5 000 s，電流分別為0和5 A.每次試驗(yàn)至少重復(fù)3次，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性.

試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM，HITACHI SU8010，Japan)、X射線(xiàn)能譜儀(EDS，X-flash 6 160，Bruker，USA)和拉曼光譜儀(Raman spectra，Thermo Scientific DXR2，USA)對(duì)碳棒和銅棒磨痕區(qū)域的微觀(guān)形貌和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察分析，探討不同濕度下碳/銅載流滑動(dòng)接觸副的損傷機(jī)制.

2 結(jié)果與分析

2.1 碳/銅摩擦副的摩擦系數(shù)

圖2(a)和圖2(b)所示為不同濕度下，電流為0和5 A時(shí)摩擦副的摩擦系數(shù)隨循環(huán)周次的時(shí)變特性曲線(xiàn).可以看出，同一相對(duì)濕度下，有無(wú)電流參與的摩擦系數(shù)均在500個(gè)循環(huán)周次后達(dá)到穩(wěn)定，隨后隨循環(huán)周次的增加呈較平穩(wěn)變化趨勢(shì)，且載流工況下的摩擦系數(shù)變化更穩(wěn)定，表明無(wú)電流工況下摩擦性能受環(huán)境濕度影響更大[11].圖2(c)所示為摩擦副的平均摩擦系數(shù)隨濕度增加的演變特征，無(wú)電流工況下，隨著環(huán)境濕度的增加，平均摩擦系數(shù)單調(diào)降低，這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度的增加使空氣中的水汽增多，部分水汽吸附在材料表面并聚集，在接觸區(qū)域形成1層吸附水膜，起到一定的潤(rùn)滑作用[12]，隨著水汽繼續(xù)增多，水膜的完整性逐步提高，減輕摩擦表面的磨損.同時(shí)，環(huán)境濕度的增加也增大了界面滑移，反應(yīng)生成的氧化物磨屑同樣具有潤(rùn)滑作用[13].載流工況下，10% RH時(shí)摩擦系數(shù)保持較高值，而濕度增至35% RH，繼續(xù)增大濕度，平均摩擦系數(shù)無(wú)顯著變化.這可能是由于載流工況下，相較于無(wú)電流的純機(jī)械摩擦，在摩擦過(guò)程中增加了焦耳熱[14]，增加的熱能使得摩擦表面水汽蒸發(fā)，破壞吸附水膜的完整性和連續(xù)性.隨著水汽的逐步增多，水膜的完整性會(huì)略微提高.此時(shí)，載流摩擦過(guò)程主要受界面溫度的影響，環(huán)境濕度的影響并不顯著.

Fig.2 Friction coefficient under different relative humidity:(a) variation of the friction coefficient with cycle number under 0 A;(b) variation of the friction coefficient with cycle number under 5 A;(c) average friction coefficient圖2 不同相對(duì)濕度下的摩擦系數(shù)：(a) 0 A下時(shí)變曲線(xiàn)；(b) 5 A下時(shí)變曲線(xiàn)；(c)電流為0和5 A時(shí)的平均摩擦系數(shù)

2.2 碳/銅摩擦副的累積電弧能量和接觸電阻

弓網(wǎng)系統(tǒng)在電滑動(dòng)接觸過(guò)程中，接觸表面的熱量主要有摩擦熱、焦耳熱和電弧熱[15].電弧能量通常作為衡量電弧熱大小的1個(gè)重要指數(shù)，而電弧能量大小與其產(chǎn)生時(shí)接觸副間的電壓、電流及電弧持續(xù)的時(shí)間密切相關(guān)[16]，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中電弧產(chǎn)生的能量可用累積電弧能量來(lái)表示.通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集電流和電壓，累積電弧能量可由下式計(jì)算[17-18]得到.

其中：E代表累積電弧能量(kJ)，I是回路電流(A)，U是碳棒和銅棒之間的電壓降(V)，積分區(qū)間涵蓋整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間.

Fig.3 Accumulated arc energy and average contact resistance under different relative humidity conditions圖3 不同相對(duì)濕度條件下的累積電弧能量及平均接觸電阻

摩擦副在不同相對(duì)濕度下的累積電弧能量及平均接觸電阻如圖3所示，電弧累積放電能量和平均接觸電阻與相對(duì)濕度均呈正相關(guān)性.濕度從10% RH增加到80% RH時(shí)，累積電弧能量隨相對(duì)濕度的增加呈上升趨勢(shì)，低中濕度時(shí)的增幅不大，但在高濕度下(80% RH)累積電弧能量為23.8 kJ，相比10% RH時(shí)的17.9 kJ增大了32.63%.由此說(shuō)明在高相對(duì)濕度環(huán)境下，累積電弧能量顯著增高.此現(xiàn)象和松山晉作的研究結(jié)果吻合[7]，他們的研究指出灑水時(shí)接觸表面發(fā)生電弧現(xiàn)象明顯增多，因此，可以認(rèn)為接觸表面的水汽達(dá)到一定程度時(shí)(如80% RH)，電弧發(fā)生次數(shù)增多，導(dǎo)致電弧能量升高.10% RH時(shí)，平均接觸電阻最低，而濕度提高到35% RH以后，平均接觸電阻的增幅隨濕度增加有所降低.這主要因?yàn)樗麡O少時(shí)無(wú)法形成吸附水膜，摩擦副之間的不完全接觸易產(chǎn)生電流團(tuán)聚，當(dāng)水汽逐漸增多，水膜趨于完整時(shí)，吸附水膜可充當(dāng)連接摩擦副電流傳遞的“水橋”，分散電流[19]，接觸電阻緩慢升高.水雖然是導(dǎo)體，但并沒(méi)有提高摩擦副的導(dǎo)電能力[5]，甚至水膜充當(dāng)潤(rùn)滑膜時(shí)導(dǎo)電率降低[20].同時(shí)，在載流摩擦過(guò)程中，易產(chǎn)生導(dǎo)電能力差的氧化物[21]，由此可知，濕度的增加對(duì)于材料的導(dǎo)電率是不利的，這也是導(dǎo)致累積電弧能量升高的原因之一.

2.3 碳棒磨損表面分析

圖4示出了無(wú)電流和載流條件下，相對(duì)濕度分別為10%、35%、55%和80%時(shí)碳棒磨損表面的微觀(guān)形貌.從圖4(a)和圖4(e)中可以看出，在低濕度(10% RH)環(huán)境下，無(wú)電流和載流兩種工況下均有大量細(xì)小的磨屑附著在碳棒磨損表面，這是因?yàn)樵谒麡O少時(shí)，環(huán)境中的氧氣會(huì)誘發(fā)接觸表面氧化，從而易產(chǎn)生磨粒[12].圖4(a)和圖4(d)以及圖4(e)和圖4(h)中的插圖示出了其對(duì)應(yīng)的銅原子分布，可知，磨屑組分主要為銅顆粒，推測(cè)原因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦過(guò)程中存在配副金屬材料的轉(zhuǎn)移，即銅材料的轉(zhuǎn)移(在下文中有詳細(xì)討論)，在碳棒表面發(fā)生了黏著現(xiàn)象.根據(jù)圖4中插圖所示的銅原子分布數(shù)目情況，可對(duì)比分析無(wú)電流和載流兩種工況下的銅原子占比，可知載流工況下該現(xiàn)象更為顯著，表明載流會(huì)加劇黏著磨損.

在中高濕度(35%～80% RH)環(huán)境下，碳棒磨損表面的微觀(guān)形貌在無(wú)電流和載流兩種工況時(shí)出現(xiàn)較大的差異.無(wú)電流工況下，沿滑動(dòng)方向的犁溝和磨屑隨著相對(duì)濕度的增加逐漸減少，表面更加光滑[圖4(b～d)].這主要是因?yàn)樗ぶ鸩酵暾?，?rùn)滑作用進(jìn)一步增強(qiáng)，表明相對(duì)濕度的增加會(huì)減緩磨粒磨損和黏著磨損[6].而載流工況下，磨損表面有平行于滑動(dòng)方向呈帶狀形式的黏著，且55% RH時(shí)帶狀黏著的占比最少.水汽是影響?zhàn)ぶp的1個(gè)關(guān)鍵因素[22]，且在水汽和電流的共同作用下會(huì)誘發(fā)接觸區(qū)域的氧化機(jī)制變化，在摩擦氧化的基礎(chǔ)上增加電化學(xué)氧化反應(yīng)，生成銅的氧化物附著在碳棒表面，而后在切向力的作用下，銅的氧化物沿相對(duì)滑動(dòng)方向流動(dòng)，最終在摩擦表面上形成了帶狀薄膜[23-24].可知，帶狀黏著的存在是黏著磨損和氧化磨損共同作用的結(jié)果.

以濕度為55% RH條件下載流碳棒磨損區(qū)域?yàn)槔治鲢~顆粒的存在形式，從圖5(a)中可以看出碳棒表面分布有尺寸較大的顆粒物(3～8 μm).EDS分析可知，顆粒物主要為銅顆粒磨屑[圖5(b)].進(jìn)一步觀(guān)察發(fā)現(xiàn)[圖5(c)]在磨損表面有裂紋萌生，并分布剝落的碳片，部分銅顆粒在摩擦過(guò)程中堆積并被碳片包裹而形成磨屑[圖5(d)]，此外，磨損表面還有許多細(xì)小的銅顆粒直接嵌入碳材料表面參與磨損過(guò)程.

通過(guò)EDS能譜分析得到碳棒磨損表面銅原子和氧原子的數(shù)目百分比，如圖6所示.可見(jiàn)銅原子和氧原子有相似的變化趨勢(shì)，且在載流工況下的銅和氧原子數(shù)目均大于無(wú)電流時(shí)，表明載流工況下不僅會(huì)使黏著磨損加劇，氧化磨損也會(huì)加劇.從圖6(a)知無(wú)電流工況下，銅原子數(shù)目百分比隨著濕度的增加而單調(diào)減少，而載流工況下的銅原子數(shù)目百分比隨著濕度的增加呈先下降后略微上升的趨勢(shì).表明載流工況下，摩擦副接觸表面的黏著程度呈先減緩后略微增大的趨勢(shì)，即相對(duì)濕度的增加會(huì)減緩黏著磨損，且55% RH時(shí)的黏著磨損最輕微.

從圖6(b)知無(wú)電流工況下，氧原子數(shù)目百分比隨著濕度的增加也呈單調(diào)減少的趨勢(shì)，表明隨著相對(duì)濕度的增加，摩擦過(guò)程中的摩擦副的氧化程度降低，氧化磨損減緩.而當(dāng)電流介入后，氧原子數(shù)目百分比呈先逐步下降后上升的趨勢(shì).其中，低濕度(10% RH)條件下，由于無(wú)水膜形成，滑動(dòng)過(guò)程中摩擦氧化程度較高，故無(wú)電流和載流工況下，氧化磨損均比較嚴(yán)重[25].而載流工況下氧原子數(shù)目百分比上升主要是因?yàn)楦邼穸?80% RH)環(huán)境下，水汽的大量增多使摩擦過(guò)程中電化學(xué)氧化反應(yīng)加劇[5]，氧化磨損加重.通過(guò)以上分析可知，促使80% RH時(shí)帶狀黏著增多[圖4(h)]的主要原因是氧化磨損的加劇.表明在中高濕度環(huán)境下，載流摩擦過(guò)程中氧化磨損起主導(dǎo)作用，伴隨黏著磨損.

綜上可知，環(huán)境濕度對(duì)載流摩擦機(jī)理變化的影響是1個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程.隨著環(huán)境濕度的增加，碳/銅滑動(dòng)接觸載流摩擦磨損機(jī)理變化如圖7所示.在低濕度(10% RH)環(huán)境下，水汽極少，有大量細(xì)小的銅顆粒和磨屑附著在磨損表面，主要的磨損機(jī)制是黏著磨損和磨粒磨損[26]；中濕環(huán)境(35%～55% RH)下，水汽增多，在接觸區(qū)域逐步形成不完整的吸附水膜，水膜充當(dāng)潤(rùn)滑膜減輕了黏著磨損和磨粒磨損[6].同時(shí)，在電流作用下誘發(fā)了電化學(xué)氧化反應(yīng)，水分子被電離出氫氧根離子和氧離子并引起材料表面氧化[27]，此時(shí)磨損機(jī)制是輕微的黏著磨損、磨粒磨損和氧化磨損共同作用；高濕環(huán)境(80% RH)下，水汽繼續(xù)增多使得水膜的完整性進(jìn)一步提高，電化學(xué)氧化反應(yīng)加劇[28]，銅的氧化物所形成的帶狀薄膜趨于完整，此時(shí)主要的磨損機(jī)制是氧化磨損，并伴隨黏著磨損.

Fig.4 SEM micrographs of the worn surfaces of carbon samples:(a) 10% RH-0 A;(b) 35% RH-0 A;(c) 55% RH-0 A;(d) 80%RH-0 A;(e) 10% RH-5 A;(f) 35% RH-5 A;(g) 55% RH-5 A;(h) 80% RH-5 A圖4 碳棒磨損表面形貌的SEM照片：(a) 10% RH-0 A；(b) 35% RH-0 A；(c) 55% RH-0 A；(d) 80% RH-0 A；(e) 10% RH-5 A；(f) 35% RH-5 A；(g) 55% RH-5 A；(h) 80% RH-5 A

Fig.5 SEM micrographs and EDS spectra of the worn surfaces of carbon samples (55% RH-5 A)圖5 碳棒磨損表面形貌的SEM照片和EDS能譜圖(55% RH-5 A)

Fig.6 The copper and oxygen atom fraction on the worn surface of carbon rod under different relative humidity at non-current and current loading conditions圖6 有無(wú)電流時(shí)不同相對(duì)濕度下碳棒磨損表面銅原子和氧原子數(shù)百分比

2.4 碳棒磨痕區(qū)域Raman光譜分析

圖8示出了有電流和無(wú)電流條件下，不同相對(duì)濕度所對(duì)應(yīng)碳棒磨損表面的拉曼光譜.從圖8中可知，D峰(缺陷石墨結(jié)構(gòu)的典型特征)在1 310 cm-1處附近，G峰(sp2碳原子相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征)在1 600 cm-1處.對(duì)于每個(gè)樣品所測(cè)結(jié)果中拉曼信號(hào)的D峰和G峰的強(qiáng)度比，即由Tuinstra和Koenig引入的R值(R=ID/IG[29])列于表2中.在一定程度上，R即D峰和G峰峰值強(qiáng)度比可以代表石墨化程度[30]，且R值與石墨化程度成反比[31].

表2 有無(wú)電流時(shí)不同相對(duì)濕度下的R值Table 2 R values at different relative humidity with or without current

Fig.7 Schematic diagram of current-carrying friction and wear mechanism in environmental humidity.圖7 隨環(huán)境濕度變化，載流摩擦磨損機(jī)理示意圖

Fig.8 Raman spectra of worn surface under different relative humidity under (a) 0 A and (b) 5 A圖8 不同相對(duì)濕度下的拉曼光譜圖：(a) 0 A；(b) 5 A

由圖8和表2可以知道，未經(jīng)磨損的碳棒表面D峰和G峰的峰值均比較低，且R值小于1 (0.84).而表中任意濕度條件下的R值均大于1，說(shuō)明碳棒表面的石墨化程度經(jīng)磨損后有所下降.無(wú)電流時(shí)，碳棒磨損表面的石墨化程度并無(wú)顯著規(guī)律[圖8(a)]，當(dāng)施加電流以后[圖8(b)]，R值有增大的趨勢(shì)，其原因可能主要是載流摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱、焦耳熱和電弧熱提供的能量足夠改變碳棒表面的分子結(jié)構(gòu)，破壞了磨損表面的石墨化晶粒[32].R值隨濕度的增加而增大，碳棒磨損表面的石墨化程度呈現(xiàn)降低趨勢(shì).另外，80% RH相比于其他濕度的R值均為最大值，表明無(wú)論電流是否存在，在高濕工況下，碳/銅滑動(dòng)過(guò)程中碳棒表面的分子結(jié)構(gòu)變化更加顯著.

3 結(jié)論

a.載流工況下，平均摩擦系數(shù)高于無(wú)電流工況.具體地說(shuō)，無(wú)電流工況下，平均摩擦系數(shù)隨相對(duì)濕度的增高單調(diào)降低，但載流條件下高濕工況下的摩擦系數(shù)幾乎不受環(huán)境濕度的影響.

b.銅顆粒在碳棒摩擦表面有多種存在形式，無(wú)電流工況下主要是大顆粒磨屑附著在磨損表面；載流工況下則主要是非常細(xì)小的銅顆粒直接嵌入磨損表面或者被剝落的碳片包裹粘附在磨損表面，且當(dāng)濕度提高到35% RH以后，銅顆粒會(huì)發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)形成帶狀的銅氧化物薄膜黏著在磨損表面.

c.環(huán)境濕度顯著地影響著磨損表面的損傷行為.無(wú)電流工況下，碳棒上的黏著磨損和氧化磨損隨相對(duì)濕度的增高逐步減緩；載流工況下，存在1個(gè)低黏著損傷的最佳濕度值，出現(xiàn)在55% RH附近.

d.累積電弧放電能量和平均接觸電阻與相對(duì)濕度具有正相關(guān)性.因此，載流工況下，在高濕(80% RH)環(huán)境條件的電弧累積能量最高，此時(shí)碳棒磨損表面的分子結(jié)構(gòu)變化最為顯著，電弧熱為改變分子結(jié)構(gòu)提供了主要能量.這也是導(dǎo)致中高濕度下載流摩擦系數(shù)幾乎不受環(huán)境濕度影響的主要原因.