Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления
Изучено влияние высоковольтного электрического разряда на электрическое сопротивление порошковых композиций в зависимости от режима обработки, а также влияние состава исходных смесей и механического давления. Вивчено вплив високовольтного електричного розряду на електричний опір порошкових композ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Электрические контакты и электроды |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2014
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103993 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления / О.Н. Сизоненко, Э.И. Тафтай, Н.С. Присташ, А.Д. Зайченко, А.С. Торпаков // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 129-133. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859585187568943104 |
|---|---|
| author | Сизоненко, О.Н. Тафтай, Э.И. Присташ, Н.С. Зайченко, А.Д. Торпаков, А.С. |
| author_facet | Сизоненко, О.Н. Тафтай, Э.И. Присташ, Н.С. Зайченко, А.Д. Торпаков, А.С. |
| citation_txt | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления / О.Н. Сизоненко, Э.И. Тафтай, Н.С. Присташ, А.Д. Зайченко, А.С. Торпаков // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 129-133. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Электрические контакты и электроды |
| description | Изучено влияние высоковольтного электрического разряда на электрическое
сопротивление порошковых композиций в зависимости от режима обработки, а
также влияние состава исходных смесей и механического давления.
Вивчено вплив високовольтного електричного розряду на електричний опір порошкових
композицій залежно від режиму обробки, а також вплив складу вихідних сумішей та
тиску механічного навантаження.
The impact of high voltage electric discharge on the changes of electrical resistivity of
powder compositions depending on processing mode is studied. The influence of initial mixtures
composition and mechanical loading on the changes of electrical resistivity values is researched.
|
| first_indexed | 2025-11-27T09:18:28Z |
| format | Article |
| fulltext |
129
УДК 537.528:621.762.3
Влияние высоковольтной обработки порошковых
композиций Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C
на изменение их электрического сопротивления
А. Д. Зайченко, О. Н. Сизоненко, Э. И. Тафтай, Н. С. Присташ,
А. С. Торпаков
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, Николаев,
e-mail: dioo@iipt.com.ua
Изучено влияние высоковольтного электрического разряда на электрическое
сопротивление порошковых композиций в зависимости от режима обработки, а
также влияние состава исходных смесей и механического давления.
Ключевые слова: электрический разряд, порошок, электрическое сопротивление,
давление.
Введение
В современной промышленности все чаще используются методы
консолидации порошковых материалов электрическим током с целью
сохранения микро- и наноструктур за счет высоких скоростей нагрева.
При этом важную роль играет электрическое сопротивление порошковой
композиции: высокое сопротивление затрудняет протекание тока, в
результате чего происходит неравномерный прогрев образца и нарушение
его целостности. Электрическое сопротивление порошков металлов
зависит от состава, размеров и формы частиц порошка [1, 2]. Так, большое
количество крупных частиц сферической или осколочной формы приводит
к уменьшению поверхности контакта и увеличению электрического
сопротивления. Уменьшить электросопротивление можно, изменяя
дисперсность и форму частиц порошка, а также удаляя с его поверхности
оксидные пленки. Одним из методов, позволяющих изменять размеры,
форму, а также влиять на фазовый состав смесей, является применение
высоковольтного электрического разряда (ВЭР) в жидкости [3, 4].
Цель настоящей работы — исследовать влияние ВЭР на электрическое
сопротивление порошковых композиций на основе Fe—Ti—C и Fe—Ti—
B—C.
Объекты и методы исследования
Исследовали смеси порошков составов 75%Fe+25%Ti и 75%Fe+20%
Ti+5%B4C*. Порошки были обработаны ВЭР в керосине при постоянной
общей энергии обработки 1 МДж и варьировании запасаемой энергией
единичного разряда W1 в диапазоне 0,25—1 кДж (количество энергии,
запасенной в емкостном накопителе и выделенной в рабочей среде при
одном разряде из серии). При изменении запасаемой энергии, соответ-
ственно, изменялось количество циклов воздействия с целью сохранения
________________________________________
*Здесь и далее составы смесей приведены в % (мас.).
© А. Д. Зайченко, О. Н. Сизоненко, Э. И. Тафтай, Н. С. Присташ,
А. С. Торпаков, 2014
mailto:dioo@iipt.com.ua
130
Рис. 1. Стенд для определения сопротивления порошков: 1 — пуансон-
контакты; 2 — диэлектрическая ячейка; 3 — коммутационные кабели; 4 —
прибор MCP "BR 2820" LCR METER; 5 — груз, обеспечивающий давление
0,6 МПа.
общей энергии обработки. Увеличение запасаемой энергии приводит к
росту температуры плазмы в канале разряда, диаметра канала разряда,
мощности гидропотоков и амплитуды давления волн сжатия-растяжения
[5]. Как показано в работах [6, 7], увеличение запасаемой энергии
вызывает возрастание интенсивности диспергирования и фазовых
превращений.
Для определения электрического сопротивления собран эксперимен-
тальный стенд (рис. 1) на основе прибора MCP "BR 2820" LCR METER.
Порошок засыпали в диэлектрическую ячейку, которую помещали в пресс
(на рисунке не показан) и проводили циклическое нагружение образцов.
Количество циклов составляло не менее трех, давление нагрузки каждой
серии циклов варьировалось от 0,6 до 60 МПа. Масса порошковой засыпки
составляла 3 г.
Чтобы нивелировать влияние переходных сопротивлений на
результаты опыта, сопротивление системы пуансон-контактов измеряли
при непосредственном механическом контакте верхнего и нижнего
пуансон-контактов.
Результаты экспериментальных исследований
Результаты измерения электрического сопротивления смесей изучаемых
составов до и после обработки ВЭР приведены в таблице. Анализ
полученных результатов показал, что состав смеси значительно влияет на
электрическое сопротивление порошка. При давлении свободной засыпки
0,6 МПа электрическое сопротивление исходной смеси 75% Fe + 25% Ti
имеет значение ~120 кОм (рис. 2, кривая 1). Добавка 5% B4C, который
является полупроводником, способствует увеличению электросопротив-
ления почти в 2 раза — ~200 кОм (рис. 2, кривая 2).
В работах [6, 7] установлено, что электроразрядная обработка смесей в
керосине приводит к изменению их фазового состава: в смеси 75% Fe +
+ 25% Ti образуются карбиды титана, а в смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C —
карбиды и бориды титана, электрическая проводимость которых значи-
тельно выше, чем у чистого титана и карбида бора [8]. Такие изменения
фазового состава порошков в результате ВЭР обусловливают уменьшение
5
131
Электрическое сопротивление изучаемых смесей
до и после обработки ВЭР
Электрическое сопротивление R (Ом) при
различных давлениях (МПа)
Запасаемая
энергия
W1, кДж 0,6 6 13 34 48 60
75% Fe + 25% Ti
Исходная
смесь 127 000, 0 2,9 0,220 0,085 0,038 0,024
0,25 1,461 0,066 0,011 0,005 0,001 <0,001
0,5 0,4 0,024 0,005 0,001 <0,001 <0,001
1 0,391 0,029 0,006 <0,001 <0,001 <0,001
75% Fe + 20% Ti + 5% B4C
Исходная
смесь 202 000, 0 13,0 0,708 0,221 0,100 0,056
0,25 411,0 1,055 0,100 0,044 0,022 0,013
0,5 19,0 0,278 0,052 0,013 0,013 0,012
1 0,697 0,034 0,009 0,002 <0,001 <0,001
Рис. 2. Зависимость электри-
ческого сопротивления R
порошковых смесей 7 % Fe +
+ 25% Ti (1) и 75% Fe + 20% Ti
+ 5% B4C (2) от запасаемой
энергии разряда W1 после
электроразрядной обработки
в керосине при давлении
0,6 МПа.
электрического сопротивления. Так, обработка с W1 = 0,25 кДж приводит
к уменьшению электрического сопротивления смеси 75% Fe + 25% Ti на
5 порядков до ~1,5 Ом. В то же время в смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C
после обработки в таком же режиме остается некоторое количество
карбида бора, что вызывает меньшее снижение сопротивления, которое
уменьшилось на 3 порядка, — ~400 Ом.
Увеличение запасаемой энергии разряда до 0,5 кДж при электрораз-
рядной обработке смесей приводит к дальнейшему измельчению порош-
ков и увеличению количества частиц с высокой электрической проводи-
мостью (TiC, TiB, TiB2). Электрическое сопротивление смеси 75% Fe +
+ 25% Ti после обработки составляет ~0,4 Ом, а смеси 75% Fe + 20% Ti +
+ 5% B4C — ~19 Ом. Данные рентгенофазового анализа [6] свидетель-
ствуют о том, что в смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C при обработке ВЭР с
энергией 0,5 кДж еще присутствует некоторое количество частиц B4C.
1000
132
Обработка ВЭР с W1 = 1 кДж смесей 75% Fe + 25% Ti и 75% Fe +
+ 20% Ti + 5% B4C обеспечивает близкие значения электрического сопротив-
ления (~0,4 и ~0,7 мОм соответственно), что обусловлено высокой степенью
измельчения порошков, карбидизацией титана, а также распадом карбида
бора в смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C с образованием боридов титана. При
этом данные рентгенофазового анализа [6] показали, что после обработки
смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C в этом режиме в ней не наблюдается частиц
B4C. Поскольку проводимость борида титана превышает таковую карбида
титана, то следовало ожидать, что сопротивление смеси 75% Fe + 20% Ti +
+ 5% B4C после обработки с W1 = 1 кДж будет меньше сопротивления смеси
75% Fe + 25% Ti. Однако значения их сопротивлений близки, что можно
объяснить наличием в смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C избыточного
углерода, образовавшегося вследствие распада карбида бора, и меньшей
концентрацией титана, с которым образованный в процессе пиролиза
углеводородной жидкости наноуглерод вступает в реакции карбидизации.
По данным таблицы, увеличение механического давления приводит к
резкому снижению электрического сопротивления порошков. Так,
электросопротивление исходного порошка 75% Fe + 25% Ti уменьшается
с ~120 кОм до ~0,2 Ом при 30 МПа и до ~0,02 Ом при 60 МПа, а смеси
75% Fe + 20% Ti + 5% B4C — с ~200 кОм до ~0,7 Ом при 30 МПа и до
~0,05 Ом при 60 МПа, что обусловлено увеличением площади контактов
между частицами. Такая тенденция наблюдается и для обработанных
смесей. При механическом давлении 60 МПа электрическое сопротив-
ление смеси 75% Fe + 25% Ti, обработанной при 0,25 Дж, на 3 порядка
меньше, чем при давлении 0,6 МПа, и в 20 раз меньше, чем у исходной
смеси при давлении 60 МПа. Для смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C,
обработанной при 0,25 Дж, — на 6 порядков меньше, чем при давлении
0,6 МПа, и в 50 раз меньше, чем у исходной смеси при давлении 60 МПа.
Подобная тенденция сохраняется и после обработок с запасаемой
энергией 0,5 и 1 кДж.
При воздействии механического давления влияние состава смесей
после обработок ВЭР на электрическое сопротивление сохраняется.
Так, после обработки ВЭР во всех режимах электрическое сопротивление
смеси 75% Fe + 25% Ti при давлении 60 МПа составляет менее 0,001 Ом,
что в 20 раз меньше электрического сопротивления исходной смеси. Такое
изменение обусловлено образованием карбида титана высокой электри-
ческой проводимости. С увеличением запасаемой энергии обработки ВЭР
W1 от 0,25 до 1 кДж электрическое сопротивление смеси исходного
состава 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C при давлении 60 МПа изменяется с
0,013 до <0,001 Ом, что вызвано разложением B4C и образованием TiC,
TiB, TiB2 высокой проводимости. Это более чем в 50 раз ниже, чем у
смеси 75% Fe + 20% Ti + 5% B4C при том же давлении.
Выводы
Установлено, что состав исследуемых смесей оказывает существенное
влияние на электрическое сопротивление. Наличие в смеси 75% Fe +
+ 20% Ti порошка B4C (5%), который является полупроводником, приво-
дит к увеличению электрического сопротивления с ~120 до ~200 кОм.
Обработка в керосине ВЭР смесей порошков 75% Fe + 25% Ti и 75% Fe +
+ 20% Ti + 5% B4C при постоянной общей энергии обработки и
133
изменяющейся от 0,25 до 1 кДж запасаемой энергии обеспечивает
снижение электрического сопротивления с ~120 и ~200 кОм до ~1,5 и
~400 Ом при W1 = 0,25 кДж и до ~0,4 и ~0,7 мОм при W1 = 1 кДж
соответственно вследствие изменения их фазового состава и дисперсности.
Увеличение механического давления от 0,6 до 60 МПа вызывает сниже-
ние электрического сопротивления исследуемых порошков, но тенденция
влияния карбида бора сохраняется. Установлено, что обработка ВЭР иссле-
дуемых смесей при W1 = 1 кДж приводит к тому, что при давлении более
40 МПа состав исходной смеси не влияет на электрическое сопротивление.
Анализ данных измерения электрического сопротивления порошковых
смесей позволяет выбирать оптимальные характеристики консолидации
электрическим током в зависимости от начального давления.
1. Гершензон Е. М. Электродинамика / Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, А. Н. Мансуров. —
М. : Академия, 2002.
2. Пелецкий В. Э. Электрическое сопротивление тугоплавких металлов : (Справ. под ред.
акад. А. Е. Шейндлина) / В. Э. Пелецкий, Э. А. Бельская. — М. : Энергоиздат, 1981. —
96 с.
3. Курец, В. И. Электроимпульсная дезинтеграция материалов / В. И. Курец, А. Ф. Усов,
В. А. Цукерман. — Апатиты : Изд. Кольского научного центра РАН, 2002. — 324 с.
4. Сизоненко О. Н. Влияние высоковольтного электрического разряда на изменение
композиции поверхности дисперсных порошков 60Fe50TiC и свойств спеченных
материалов / О. Н. Сизоненко, Г. А. Баглюк, А. И. Райченко // Вестник Национального
технического университета "ХПИ" : Сб. науч. тр.: Тем. вып. № 39 "Техника и
электрофизика высоких напряжений". — Харьков, 2009. — С. 177—184.
5. Наугольных К. А. Электрические разряды в воде / К. А. Наугольных, Н. А. Рой. —
М. : Наука, 1971. — 155 с.
6. Сизоненко О. Н. Изменение дисперсности порошка Fe—Ti—B4C под воздействием
высоковольтного электрического разряда / [О. Н. Сизоненко, Г. А. Баглюк, А. И. Рай-
ченко и др.] // Порошковая металлургия. — 2012. — № 3/4. — С. 3—12.
7. Сизоненко О. Н. Особенности структурных и физико-химических превращений,
инициируемых высоковольтными электрическими разрядами в композиции порошков
Fe—Ti—C / [О. Н. Сизоненко, Г. А. Баглюк, А. А. Мамонова и др.] // Электрические
контакты и электроды. — К. : Ин-т пробл. материаловедения им. И. Н. Францевича
НАН Украины, 2012. — С. 162—170.
8. CRC Materials Science and Engineering Handbook / Ed. by J. F. Shackelfold, W. Alexander. —
Boca Raton : CRC Press LLC, 2001. — 1928 p.
Вплив високовольтної обробки порошкових композицій
Fe—Ti—С та Fe—Ti—B—C на їх електричний опір
О. М. Сизоненко, Е. І. Тафтай, М. С. Присташ, А. Д. Зайченко,
А. С. Торпаков
Вивчено вплив високовольтного електричного розряду на електричний опір порошкових
композицій залежно від режиму обробки, а також вплив складу вихідних сумішей та
тиску механічного навантаження.
Ключові слова: високовольтний електричний розряд, порошок, електричний опір, тиск.
The impact of high voltage treatment of Fe—Ti—C and Fe—Ti—B—C powder
compositions on the changes of their electrical resistivity
O. N. Sizonenko, E. I. Taftai, N. S. Pristash, A. D. Zaichenko, A. S. Torpakov
The impact of high voltage electric discharge on the changes of electrical resistivity of
powder compositions depending on processing mode is studied. The influence of initial mixtures
composition and mechanical loading on the changes of electrical resistivity values is researched.
Keywords: electric discharge, powder, electrical resistivity, pressure.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103993 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2311-0627 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T09:18:28Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сизоненко, О.Н. Тафтай, Э.И. Присташ, Н.С. Зайченко, А.Д. Торпаков, А.С. 2016-06-28T20:40:06Z 2016-06-28T20:40:06Z 2014 Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления / О.Н. Сизоненко, Э.И. Тафтай, Н.С. Присташ, А.Д. Зайченко, А.С. Торпаков // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 129-133. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2311-0627 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103993 537.528:621.762.3 Изучено влияние высоковольтного электрического разряда на электрическое сопротивление порошковых композиций в зависимости от режима обработки, а также влияние состава исходных смесей и механического давления. Вивчено вплив високовольтного електричного розряду на електричний опір порошкових композицій залежно від режиму обробки, а також вплив складу вихідних сумішей та тиску механічного навантаження. The impact of high voltage electric discharge on the changes of electrical resistivity of powder compositions depending on processing mode is studied. The influence of initial mixtures composition and mechanical loading on the changes of electrical resistivity values is researched. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электрические контакты и электроды Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления Вплив високовольтної обробки порошкових композицій Fe—Ti—С та Fe—Ti—B—C на їх електричний опір The impact of high voltage treatment of Fe—Ti—C and Fe—Ti—B—C powder compositions on the changes of their electrical resistivity Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления Сизоненко, О.Н. Тафтай, Э.И. Присташ, Н.С. Зайченко, А.Д. Торпаков, А.С. |
| title | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления |
| title_alt | Вплив високовольтної обробки порошкових композицій Fe—Ti—С та Fe—Ti—B—C на їх електричний опір The impact of high voltage treatment of Fe—Ti—C and Fe—Ti—B—C powder compositions on the changes of their electrical resistivity |
| title_full | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления |
| title_fullStr | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления |
| title_full_unstemmed | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления |
| title_short | Влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава Fe—Ti—C и Fe—Ti—B—C на изменение их электрического сопротивления |
| title_sort | влияние высоковольтной обработки порошковых композиций состава fe—ti—c и fe—ti—b—c на изменение их электрического сопротивления |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103993 |
| work_keys_str_mv | AT sizonenkoon vliânievysokovolʹtnoiobrabotkiporoškovyhkompoziciisostavafeticifetibcnaizmenenieihélektričeskogosoprotivleniâ AT taftaiéi vliânievysokovolʹtnoiobrabotkiporoškovyhkompoziciisostavafeticifetibcnaizmenenieihélektričeskogosoprotivleniâ AT pristašns vliânievysokovolʹtnoiobrabotkiporoškovyhkompoziciisostavafeticifetibcnaizmenenieihélektričeskogosoprotivleniâ AT zaičenkoad vliânievysokovolʹtnoiobrabotkiporoškovyhkompoziciisostavafeticifetibcnaizmenenieihélektričeskogosoprotivleniâ AT torpakovas vliânievysokovolʹtnoiobrabotkiporoškovyhkompoziciisostavafeticifetibcnaizmenenieihélektričeskogosoprotivleniâ AT sizonenkoon vplivvisokovolʹtnoíobrobkiporoškovihkompozicíifetistafetibcnaíhelektričniiopír AT taftaiéi vplivvisokovolʹtnoíobrobkiporoškovihkompozicíifetistafetibcnaíhelektričniiopír AT pristašns vplivvisokovolʹtnoíobrobkiporoškovihkompozicíifetistafetibcnaíhelektričniiopír AT zaičenkoad vplivvisokovolʹtnoíobrobkiporoškovihkompozicíifetistafetibcnaíhelektričniiopír AT torpakovas vplivvisokovolʹtnoíobrobkiporoškovihkompozicíifetistafetibcnaíhelektričniiopír AT sizonenkoon theimpactofhighvoltagetreatmentoffeticandfetibcpowdercompositionsonthechangesoftheirelectricalresistivity AT taftaiéi theimpactofhighvoltagetreatmentoffeticandfetibcpowdercompositionsonthechangesoftheirelectricalresistivity AT pristašns theimpactofhighvoltagetreatmentoffeticandfetibcpowdercompositionsonthechangesoftheirelectricalresistivity AT zaičenkoad theimpactofhighvoltagetreatmentoffeticandfetibcpowdercompositionsonthechangesoftheirelectricalresistivity AT torpakovas theimpactofhighvoltagetreatmentoffeticandfetibcpowdercompositionsonthechangesoftheirelectricalresistivity |