Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr
Описан способ модификации поверхности спеченной порошковой заготовки из контактного сплава Cu—30% (мас.) Cr. Способ заключается в обработке поверхности импульсным лазером. В результате на поверхности заготовки образуется слой с литой однородной мелкозернистой структурой. Толщина модифицированного сл...
Saved in:
| Published in: | Электрические контакты и электроды |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2014
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103995 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr / В.П. Коржов // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 143-147. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859604680045232128 |
|---|---|
| author | Коржов, В.П. |
| author_facet | Коржов, В.П. |
| citation_txt | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr / В.П. Коржов // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 143-147. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Электрические контакты и электроды |
| description | Описан способ модификации поверхности спеченной порошковой заготовки из контактного сплава Cu—30% (мас.) Cr. Способ заключается в обработке поверхности импульсным лазером. В результате на поверхности заготовки образуется слой с литой однородной мелкозернистой структурой. Толщина модифицированного слоя зависит от тока накачки и скорости перемещения луча по поверхности заготовки.
Описано спосіб модифікації поверхні спеченої порошкової заготівки з контактного сплаву Cu —30% (мас.) Cr. Спосіб полягав в обробці поверхні імпульсним лазером. В результаті на поверхні заготівки утворювався тар з литою структурою, що характеризувалась однорідною дисперсною будовою. Товщина модифікованого тару залежала від струму накачування і швидкості переміщення променю по поверхні заготівки.
Method of the surface modification of a sintered powder billet of the contact alloy of Cu—30% (wt.) Cr was described. The method consisted of a pulsed laser treatment of surface. As a result, on the surface of a billet the layer with cast structure characterized by a uniform fine structure was formed. The thickness of the modified layer was depended on the current of pump and speed of beam moving over the surface of the billet.
|
| first_indexed | 2025-11-28T02:05:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.37:621.315.55:621.373
Лазерная обработка поверхности
спеченного сплава Сu—30% (мас.) Сr
В. П. Коржов
Институт физики твёрдого тела РАН, Московская обл., РФ
e-mail: korzhov@iss.ac.ru
Описан способ модификации поверхности спеченной порошковой заготовки из
контактного сплава Cu—30% (мас.) Cr. Способ заключается в обработке
поверхности импульсным лазером. В результате на поверхности заготовки
образуется слой с литой однородной мелкозернистой структурой. Толщина
модифицированного слоя зависит от тока накачки и скорости перемещения луча
по поверхности заготовки.
Ключевые слова: лазерная обработка, поверхность, порошковая заготовка,
контактный сплав медь—хром, микроструктура, концентрационный профиль.
Сплавы Cu—(30—50)% (мас.) Cr*, используемые электротехнической
промышленностью для изготовления контактов вакуумных выключателей,
получают в основном методами порошковой металлургии [1, 2]. Струк-
тура таких сплавов представляет собой матрицу из твердого раствора
хрома в меди с распределёнными частицами хромового порошка в ней.
Чтобы не вводить в сплав большое количество О2 в виде оксидной пленки
на поверхности частиц хрома, применяют обычно крупнозернистые
порошки дисперсностью 30—150 мкм. Предпочтительной является
структура с более однородными по размерам выделениями хрома,
равномерно распределенными и прочно сцепленными с матрицей. Таким
требованиям удовлетворяет литая структура сплавов медь—хром [3, 4].
Цель настоящей работы — модифицировать поверхность спеченной
заготовки из сплава Cu—30% Cr путем расплавления ее поверхностного
слоя лучом импульсного лазера для образования литой структуры с
равномерно распределенными мелкозернистыми выделениями хрома.
Исходные материалы, методика и результаты экспериментов
Исходными материалами для изготовления спеченных заготовок
выбраны электролитический порошок меди марки ПМЭ-1 производства
ОАО "Уралэлектромедь" и электролитический рафинированный порошок
хрома марки ЭРХ-ПМ производства фирмы "Delachaux" (Франция)
дисперсностью 30—150 мкм. Частицы порошка меди представляли собой
дендриты длиной 40—50 мкм, частицы хрома имели форму гранул.
Для экспериментов по модификации поверхности использовали
заготовки из сплава Cu—30% Cr. Порошковую смесь состава 70Cu + 30Cr
после перемешивания в течение 10—15 мин прессовали в заготовки
диаметром 50 и толщиной ∼5 мм. При прессовании применяли разби-
рающуюся стальную пресс-форму. Давление прессования — 250 МПа.
______________________________
*Здесь и далее составы сплавов приведены в % (мас.).
143
© В. П. Коржов, 2014
Спекание порошковых заготовок проводили в потоке водорода чистотой
99,999% по режиму: 350 °С, 3 ч + 950 °С, 5 ч.
Для обработки поверхности спеченных порошковых заготовок
использовали импульсный Nd-лазер. Луч лазера может перемещаться по
поверхности заготовки согласно заданной компьютером программе. Во
всех экспериментах траектория перемещения луча представляла собой
раскручивающуюся из точки спираль с постепенно увеличивающимся
радиусом. Лазерная дорожка каждого последующего витка перекрывала
дорожку предыдущего не менее чем на 1/3 ее толщины. Ток накачки
изменяли в пределах 120—150 А, скорость перемещения луча — 1000 и
2500 мкм/с.
Микроструктуру поверхностного слоя исследовали с помощью растро-
вой электронной микроскопии на электронном сканирующем приборе
CamScan MV2300 с детекторами вторичных и отраженных электронов и
энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором.
Медь с хромом трудно поддаются сплавлению в обычных условиях
из-за крайне слабой взаимной растворимости. При получении сплавов
необходимо строго соблюдать определенные условия, одно из которых —
быстрое охлаждение расплава, чтобы хром не успевал образовывать
крупные выделения еще на стадии охлаждения жидкости до точки
солидуса [5]. Поэтому лазерное воздействие на поверхность изделий из
сплавов Cu—Cr представлялось оправданным, поскольку могло
обеспечить расплавление тонкого поверхностного слоя, который после
прекращения импульса тут же затвердевал с большой скоростью, ибо
остальной массив изделия оставался холодным. Известно, что медь и ее
сплавы из-за их высокой теплопроводности трудно подвергаются
расплавлению под воздействием лазера. В настоящих экспериментах
первые признаки расплавления поверхности в виде островковых
расплавленных зон появлялись при токе накачки 120 А и скорости
перемещения луча 2500 мкм/с. На рис. 1 показано изменение толщины
расплавленного и затвердевшего поверхностного слоя с изменением тока
накачки и скорости перемещения луча. При скорости 2500 мкм/с средняя
толщина образующегося слоя с изменением тока накачки в пределах
120—150 А увеличивалась, соответственно, с 6 (но в этом случае, как
указывалось, слой был несплошным) до 78 мкм. При токе 150 А
уменьшение скорости до 1000 мкм/с вызывало увеличение средней
толщины слоя до 102 мкм.
Микроструктура поперечного сечения одной из порошковых заготовок
после лазерной обработки ее поверхности представлена на рис. 2, а.
Структура спеченной заготовки представляла собой матрицу из почти
чистой меди с частицами хрома
различной величины. Она типична
для контактных заготовок, произ-
водимых в электротехнической
Рис. 1. Зависимость толщины слоя от
тока накачки. Скорость перемещения
луча, мкм/с: 1 — 2500; 2 — 1000.
120 130 140 150
0
20
40
60
80
100 2
1
То
лщ
ин
а
сл
оя
, м
км
Ток накачки, А
144
Рис. 2. Микроструктура слоя спечённой заготовки из сплава Cu—30% Cr после
лазерной обработки поверхности по режиму: ток накачки — 150 А, скорость
перемещения луча — 1000 мкм/с.
а б
промышленности. На поверхности заготовки четко виден сплошной слой,
возникший после лазерного воздействия. В увеличенном масштабе он
показан на рис. 2, б. Здесь же отмечены два ряда точек, где проводился
локальный рентгеноспектральный анализ сплава, по результатам которого
строили концентрационные профили.
На рис. 3 при большом увеличении представлены микроструктуры
поверхностного слоя сплава толщиной ∼0,1 мм в его поперечном сечении
и в плоскости, параллельной поверхности заготовки. В поперечном
сечении образовавшийся слой имел четко выраженную слоистую структуру.
Но более тонкие структуры внутри каждого из таких слоев не отличались.
Масштаб деталей тонкой структуры — порядка 1 мкм и меньше (рис. 3, б).
Можно констатировать, что лазерное воздействие обеспечило форми-
рование на поверхности спеченной порошковой заготовки тонкого
плотного слоя с мелкозернистой однородной литой структурой.
Рентгеноспектральный анализ состава поверхности площадью 25×25 мкм
заготовок, подвергавшихся лазерному воздействию при токе накачки 150 А,
Рис. 3. Микроструктура слоя, образовавшегося после лазерной обработки
поверхности заготовки из сплава Cu—30% Cr, в поперечном сечении (а) и в
плоскости, параллельной поверхности заготовки (б). Режим обработки: ток
а б
накачки — 150 А, скорость перемещения луча — 1000 мкм/с.
145
0 40 80 120 160
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Cr
Cu
4
4
3
3
2
2
1
1
М
ас
с.
%
Расстояние, мкм
нные профили по
но с разными скоростями перемещения луча (1000 и 2500 мкм/с), показал
Выводы
Исследовано влияние реж действия лазерного луча на
спеч
al imaging and morphology of Cu—Cr alloy
Рис. 4. Концентрацио
глубине для заготовок после лазерной
обработки поверхности. Режимы обработ-
ки: 1 — ток накачки — 150 А, скорость
перемещения луча — 1000 мкм/с; 2 —
130 А, 1000 мкм/с; 3 — 150 А, 2500 мкм/с;
4 — 130 А, 2500 мкм/с.
с.
)
С
, %
(м
а
наличие 27,3—28,4% Cr и 72,7—71,6% Cu. Это незначительно отличалось
от номинального содержания хрома в исходной порошковой заготовке.
Концентрационные профили приповерхностных областей заготовок,
которые включают расплавленные и нерасплавленные лазером объемы
материала, показаны на рис. 4. Профили 1 и 2 получены для образца,
микроструктура которого приведена на рис. 2, б. По горизонтальной оси
отложена глубина, на которой проводили анализ состава сплава. Среднее
содержание хрома в слое составляло ∼30% независимо от режима
лазерной обработки.
имов воз
енные заготовки из сплава Cu—30% (мас.) Cr, а именно — на толщи-
ну, структуру и качество формируемого на их поверхности модифици-
рованного слоя. Установлено, что увеличению толщины слоев и их
сплошности способствовало повышение тока накачки до 150 А и
снижение скорости перемещения луча до 1000 мкм/с. В этих условиях
образовывались плотные слои толщиной ∼0,1 мм с однородной литой
мелкозернистой структурой. Масштаб структурных элементов в слое
составляет ≤1 мкм, в то время как размеры частиц Cr в основе контактного
материала — обычно 30—150 мкм.
1. Lamperti A. Surface analytical chemic
/ A. Lamperti, P. M. Ossi, V. P. Rotshtein // Surface and Coat. Technology. —
2006. — 200, Nо. 22—23. — P. 6373—6377.
2. Mi-Jin Kim. Microstructural еvolution in the Cr—Cu electric contact alloys during
liquid phase sintering / [Mi-Jin Kim, Jung-Mann Doh, Jong-Ku Park, Jae-Pil Jung]
// Proc. of the 15th Internat. Plansee Seminar. — Plansee Holding AG, Reutte,
2001. — 1. — P. 29—43.
3. Műller R. Arc-melted CuCr alloy as contact materials for vacuum interrupters //
Siemens Forsch. Entwicklungsber. — 1988. — 17, No. 3. — P. 105—111.
4. Boettinger W. J. Solidification microstructures: recent developments, future direc-
tions / [W. J. Boettinger, S. R. Coriell, A. L. Greer et al.] // Acta Mater. — 2000. —
48. No. 1. — P. 43—70.
5. Коржов В. П. Опробование плавильных методов получения сплава Cu—
30% Cr / В. П. Коржов, М. И. Карпов // Тез. докл. V Междунар. конф., посвя-
щенной памяти академика Г. В. Курдюмова, "Фазовые превращения и
прочность кристаллов", 17—21 ноября 2008 г. — Черноголовка, 2008. — C. 79.
146
Лазерна обробка поверхні спеченого сплаву Cu—30% (мас.) Cr
В. П. Коржов
Описано спосіб модифікації ної порошкової заготівки з
онтактного сплаву Cu—30% ( б полягав в обробці поверхні
м а в
аційний профіль.
Surface laser treatment of sintered alloy Cu—30% (wt.) Cr
Method of the surface modification er billet of the contact alloy of
u—30% (wt.) Cr was described. The method consisted of a pulsed laser treatment of
ds: laser treatment, surface, powder billet, contact alloy of copper-chromium,
icrostructure, concentration profile.
поверхні спече
мас.) Cr. Спосік
імпульсни лазером. В результ ті на по ерхні заготівки утворювався шар з
литою структурою, що характеризувалась однорідною дисперсною будовою.
Товщина модифікованого шару залежала від струму накачування і швидкості
переміщення променю по поверхні заготівки.
Ключові слова: лазерна обробка, поверхня, порошкова заготівка, контактний
мідь—хром, мікроструктура, концентрсплав
V. P. Korzhov
of a sintered powd
C
surface. As a result, on the surface of a billet the layer with cast structure characterized
by a uniform fine structure was formed. The thickness of the modified layer was
depended on the current of pump and speed of beam moving over the surface of the
billet.
Keywor
m
147
В. П. Коржов
Surface laser treatment of sintered alloy Cu—30% (wt.) Cr
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103995 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2311-0627 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T02:05:20Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коржов, В.П. 2016-06-28T20:43:33Z 2016-06-28T20:43:33Z 2014 Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr / В.П. Коржов // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2014. — С. 143-147. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2311-0627 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103995 669.37:621.315.55:621.373 Описан способ модификации поверхности спеченной порошковой заготовки из контактного сплава Cu—30% (мас.) Cr. Способ заключается в обработке поверхности импульсным лазером. В результате на поверхности заготовки образуется слой с литой однородной мелкозернистой структурой. Толщина модифицированного слоя зависит от тока накачки и скорости перемещения луча по поверхности заготовки. Описано спосіб модифікації поверхні спеченої порошкової заготівки з контактного сплаву Cu —30% (мас.) Cr. Спосіб полягав в обробці поверхні імпульсним лазером. В результаті на поверхні заготівки утворювався тар з литою структурою, що характеризувалась однорідною дисперсною будовою. Товщина модифікованого тару залежала від струму накачування і швидкості переміщення променю по поверхні заготівки. Method of the surface modification of a sintered powder billet of the contact alloy of Cu—30% (wt.) Cr was described. The method consisted of a pulsed laser treatment of surface. As a result, on the surface of a billet the layer with cast structure characterized by a uniform fine structure was formed. The thickness of the modified layer was depended on the current of pump and speed of beam moving over the surface of the billet. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электрические контакты и электроды Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr Лазерна обробка поверхні спеченого сплаву Cu—30% (мас.) Cr Surface laser treatment of sintered alloy Cu—30% (wt.) Cr Article published earlier |
| spellingShingle | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr Коржов, В.П. |
| title | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr |
| title_alt | Лазерна обробка поверхні спеченого сплаву Cu—30% (мас.) Cr Surface laser treatment of sintered alloy Cu—30% (wt.) Cr |
| title_full | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr |
| title_fullStr | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr |
| title_full_unstemmed | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr |
| title_short | Лазерная обработка поверхности спеченного сплава Cu-30% (мас.) Cr |
| title_sort | лазерная обработка поверхности спеченного сплава cu-30% (мас.) cr |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103995 |
| work_keys_str_mv | AT koržovvp lazernaâobrabotkapoverhnostispečennogosplavacu30mascr AT koržovvp lazernaobrobkapoverhníspečenogosplavucu30mascr AT koržovvp surfacelasertreatmentofsinteredalloycu30wtcr |