集電環(huán)的材質(zhì)要求機械強度大

集電環(huán)的材質(zhì)要求機械強度大，并是電的良導體，還要具有耐腐蝕性，在與電刷滑動(dòng)接觸時(shí)，必須具備耐磨性和穩定的滑動(dòng)接觸特性。一般，鋼質(zhì)集電環(huán)的耐磨性好，機械強度大，因此大多用于因極性引起集電環(huán)磨損差較大的同步電機上。

       集電環(huán)系列同步電機和異步電動(dòng)機等采用集電環(huán)的電機，比較廣泛地用于產(chǎn)業(yè)部門(mén)，而且，多數是在各種苛刻條件下運行的。這些電機雖然沒(méi)有直流電機那樣的換向作用，但與換向器一樣，也出現集電環(huán)或電刷的異常磨損，電刷振動(dòng)以及產(chǎn)生火花等弊病。特別從電刷材質(zhì)來(lái)看，集電環(huán)用電刷不僅使用石墨電刷，而且為了提高電刷的電流密度，有時(shí)也使用金屬石墨電刷，所以，還必須考慮異常殘余膨脹等因素。即使對于汽輪發(fā)電機那樣的高速電機或在全封閉氣體介質(zhì)和氫氣介質(zhì)中運行的電機，問(wèn)題也不少。

  電刷在集電環(huán)上運行時(shí)，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩定的氧化膜，這是電機運行良好的主要標志之一。因為這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長(cháng)使用壽命。氧化膜是一種復合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環(huán)的材料成分有關(guān)。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范圍內，一般為25nm.用電子顯微鏡觀(guān)察發(fā)現，電刷與集電環(huán)接觸面是由無(wú)數個(gè)點(diǎn)相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機的轉速、集電環(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來(lái)決定。

    有研究發(fā)現，外加電壓小時(shí)，氧化膜絕緣，當電壓升高到一定值時(shí)，氧化膜被擊穿。當擊穿后，不管電流如何增加，由于導電點(diǎn)的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恒定。