Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы
В статье представлены современные разработки в области порошковых композиционных материалов типа псевдосплавов на основе Cu (Ag) и тугоплавких металлов W (Mo, Cr), используемых в качестве электроконтактных материалов и сварочных электродов. Кратко описаны основные требования, предъявляемые к материа...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113252 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы / Е.В. Хоменко, Н.И. Гречанюк, В.Г. Затовский // Автоматическая сварка. — 2015. — № 10 (746). — С. 38-44. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113252 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Хоменко, Е.В. Гречанюк, Н.И. Затовский, В.Г. 2017-02-04T20:16:08Z 2017-02-04T20:16:08Z 2015 Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы / Е.В. Хоменко, Н.И. Гречанюк, В.Г. Затовский // Автоматическая сварка. — 2015. — № 10 (746). — С. 38-44. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113252 621.81:621.337 В статье представлены современные разработки в области порошковых композиционных материалов типа псевдосплавов на основе Cu (Ag) и тугоплавких металлов W (Mo, Cr), используемых в качестве электроконтактных материалов и сварочных электродов. Кратко описаны основные требования, предъявляемые к материалам дугогасительных контактов и электродов для контактной сварки. Приведены основные сведения от мировых производителей относительно составов и регламентируемых характеристик данного типа материалов и перечислены основные технологические схемы их изготовления. Указаны определенные технологические трудности получения нанодисперсных композитов, тормозящие их производство в промышленных масштабах. Отмечено, что применение метода механического легирования в процессе высокоэнергетического размола порошков позволяет получать медь, дисперсно-упрочненную тугоплавкими оксидами и карбидами (Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, SiO₂, и др.) с температурой рекристаллизации, близкой к температуре плавления меди и более высоким, по сравнению с хромистыми и хромоциркониевыми бронзами, уровнем электропроводности, прочности и жаростойкости. The paper presents modern developments in the field of powdered composite materials of pseudoalloy type based on Cu (Ag) and refractory metals W (Mo, Cr), used as electric contact materials and welding electrodes. Main requirements made of materials of arcing contacts and resistance welding electrodes are briefly described. Main data from world manufacturers on compositions and regulated characteristics of this material type are given, and main process schematics of their manufacturing are listed. Certain technological difficulties of producing nanodispersed composites are pointed out that slow down their production on an industrial scale. It is noted that application of mechanical alloying method during high-energy milling of powders allows producing copper, dispersion-strengthened by refractory oxides and carbides (Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, SiO2, etc.) with recrystallization temperature close to that of copper melting and higher level of electric conductivity, strength and oxidation resistance, compared to chromium and chromium-zirconium bronzes. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы Modern composite materials for switching and welding equipment. information 1. powdered composite materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы |
| spellingShingle |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы Хоменко, Е.В. Гречанюк, Н.И. Затовский, В.Г. Производственный раздел |
| title_short |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы |
| title_full |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы |
| title_fullStr |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы |
| title_full_unstemmed |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы |
| title_sort |
современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. сообщение 1. порошковые композиционные материалы |
| author |
Хоменко, Е.В. Гречанюк, Н.И. Затовский, В.Г. |
| author_facet |
Хоменко, Е.В. Гречанюк, Н.И. Затовский, В.Г. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Modern composite materials for switching and welding equipment. information 1. powdered composite materials |
| description |
В статье представлены современные разработки в области порошковых композиционных материалов типа псевдосплавов на основе Cu (Ag) и тугоплавких металлов W (Mo, Cr), используемых в качестве электроконтактных материалов и сварочных электродов. Кратко описаны основные требования, предъявляемые к материалам дугогасительных контактов и электродов для контактной сварки. Приведены основные сведения от мировых производителей относительно составов и регламентируемых характеристик данного типа материалов и перечислены основные технологические схемы их изготовления. Указаны определенные технологические трудности получения нанодисперсных композитов, тормозящие их производство в промышленных масштабах. Отмечено, что применение метода механического легирования в процессе высокоэнергетического размола порошков позволяет получать медь, дисперсно-упрочненную тугоплавкими оксидами и карбидами (Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, SiO₂, и др.) с температурой рекристаллизации, близкой к температуре плавления меди и более высоким, по сравнению с хромистыми и хромоциркониевыми бронзами, уровнем электропроводности, прочности и жаростойкости.
The paper presents modern developments in the field of powdered composite materials of pseudoalloy type based on Cu (Ag) and refractory metals W (Mo, Cr), used as electric contact materials and welding electrodes. Main requirements made of materials of arcing contacts and resistance welding electrodes are briefly described. Main data from world manufacturers on compositions and regulated characteristics of this material type are given, and main process schematics of their manufacturing are listed. Certain technological difficulties of producing nanodispersed composites are pointed out that slow down their production on an industrial scale. It is noted that application of mechanical alloying method during high-energy milling of powders allows producing copper, dispersion-strengthened by refractory oxides and carbides (Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, SiO2, etc.) with recrystallization temperature close to that of copper melting and higher level of electric conductivity, strength and oxidation resistance, compared to chromium and chromium-zirconium bronzes.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113252 |
| citation_txt |
Современные композиционные материалы для коммутационной и сварочной техники. Сообщение 1. Порошковые композиционные материалы / Е.В. Хоменко, Н.И. Гречанюк, В.Г. Затовский // Автоматическая сварка. — 2015. — № 10 (746). — С. 38-44. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT homenkoev sovremennyekompozicionnyematerialydlâkommutacionnoiisvaročnoitehnikisoobŝenie1poroškovyekompozicionnyematerialy AT grečanûkni sovremennyekompozicionnyematerialydlâkommutacionnoiisvaročnoitehnikisoobŝenie1poroškovyekompozicionnyematerialy AT zatovskiivg sovremennyekompozicionnyematerialydlâkommutacionnoiisvaročnoitehnikisoobŝenie1poroškovyekompozicionnyematerialy AT homenkoev moderncompositematerialsforswitchingandweldingequipmentinformation1powderedcompositematerials AT grečanûkni moderncompositematerialsforswitchingandweldingequipmentinformation1powderedcompositematerials AT zatovskiivg moderncompositematerialsforswitchingandweldingequipmentinformation1powderedcompositematerials |
| first_indexed |
2025-11-25T21:02:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:02:29Z |
| _version_ |
1850545455140700160 |
| fulltext |
38 10/2015
УДК 621.81:621.337
совРеменные КомпозиЦионные матеРиалы
Для КоммУтаЦионной и сваРочной техниКи.
сообщение 1.
поРоШКовые КомпозиЦионные матеРиалы
Е.В. ХОМЕНКО, Н.И. ГРЕЧАНЮК, В.Г. ЗАТОВСКИЙ
институт проблем материаловедения им. и.н. Францевича нан Украины.
03142, Киев-142, ул. Кржижановского, 3. е-mail: homhelen@mail.ru
в статье представлены современные разработки в области порошковых композиционных материалов типа псевдоспла-
вов на основе Cu (Ag) и тугоплавких металлов W (Mo, Cr), используемых в качестве электроконтактных материалов и
сварочных электродов. Кратко описаны основные требования, предъявляемые к материалам дугогасительных контактов
и электродов для контактной сварки. приведены основные сведения от мировых производителей относительно составов
и регламентируемых характеристик данного типа материалов и перечислены основные технологические схемы их изго-
товления. Указаны определенные технологические трудности получения нанодисперсных композитов, тормозящие их
производство в промышленных масштабах. отмечено, что применение метода механического легирования в процессе
высокоэнергетического размола порошков позволяет получать медь, дисперсно-упрочненную тугоплавкими оксидами и
карбидами (Al2O3, TiO2, Cr2O3, SiO2, и др.) с температурой рекристаллизации, близкой к температуре плавления меди и
более высоким, по сравнению с хромистыми и хромоциркониевыми бронзами, уровнем электропроводности, прочности
и жаростойкости. библиогр. 41, табл. 5, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : порошковые композиционные материалы на основе меди, коммутационная и сварочная техника
в настоящее время трудно представить себе об-
ласть техники, где не используют композиционные
материалы (Км). Широкая область применения
обусловлена их высоким уровнем эксплуатаци-
онных свойств, значительно превышающих тако-
вые для металлов и сплавов, а также сочетанием
высокой прочности и жесткости, сопротивления
усталостному разрушению с жаропрочностью и
износостойкостью [1–3].
в коммутационной и сварочной технике наи-
большее распространение получили порошковые
Км металломатричного типа на основе меди и се-
ребра, упрочненные частицами тугоплавких ме-
таллов и химических соединений. благодаря уни-
кальным сочетаниям свойств металломатричные
Км используют в качестве контактов и электро-
дов, работающих в условиях совместного воздей-
ствия высоких температур, механических напря-
жений, ударных нагрузок в различных газовых
средах. матрица обеспечивает высокий уровень
тепло- и электропроводности, а тугоплавкая фаза
– высокую твердость, эрозионную, механическую
и термическую стойкость. Данные системы отно-
сят к виду псевдосплавов, которые получают пре-
имущественно методом порошковой металлургии.
под понятием псевдосплав принято понимать ге-
терогенную систему, представленную компонен-
тами, которые не взаимодействуют или слабо вза-
имодействуют друг с другом в широком интервале
температур, сохраняя, таким образом, в смеси
свои индивидуальные свойства [4].
Км на основе меди или серебра и тугоплав-
ких металлов VIа группы (Cr, Mo, W) нашли при-
менение в качестве дугогасительных контактов
для коммутации больших (25 ка и выше) токов
в сетях высокого (до 570 кв) напряжения [5–8].
Дугогасительные контакты являются наиболее
ответственными деталями коммутационных аппа-
ратов, принимающими на себя основное воздей-
ствие электрической дуги замыкания и размыка-
ния [9-11]. Для эффективной работы эти контакты
должны иметь хорошую тепло- и электропрово-
дность, высокие температуры плавления и кипе-
ния, большие значения работы выхода электронов
и потенциала ионизации, значительную усталост-
ную прочность и стойкость к окислению при вы-
соких температурах; низкие значения контактно-
го сопротивления, малую растворимость газов и
др. свойства [4, 10]. металлы с хорошими прово-
дящими свойствами (Ag , Cu, Au, Pt и др.) харак-
теризуются низкими температурами плавления и
рекристаллизации, высокой склонностью к свари-
ванию, малой прочностью и низкой термостойко-
стью, в связи с чем их применение весьма ограни-
чено. тугоплавкие металлы, такие, как W, Mo, Re,
Ta, Cr и др., отличаясь высокими механическими
характеристиками, имеют недостаточную тепло-
© е.в. хоменко, н.и. гречанюк, в.г. затовский, 2015
3910/2015
и электропроводность. сплавление лег-
коплавких и тугоплавких металлов, как
правило, сопряжено с технологическими
трудностями, связанными с существен-
ными различиями их физико-химиче-
ских характеристик [12, 13]. К тому же
при сплавлении имеет место частичное
растворение элементов в жидкой и твер-
дой фазах, что может приводить к по-
тере их индивидуальных свойств [14].
производство порошковых псевдоспла-
вов является примером эффективного
использования метода порошковой ме-
таллургии, позволяющего регулировать
свойства материала достаточно эконом-
ными и относительно простыми сред-
ствами, за счет выбора исходного сырья
и технологической схемы изготовления.
технология получения этих мате-
риалов включает этапы смешения и
прессования порошков, последующей
термической обработки (спекания) и
доуплотнения с целью достижения максималь-
ной плотности, близкой к теоретической (рис. 1)
[1–17].
предварительно спрессованная механическая
смесь порошков может подвергаться спеканию в
твердом состоянии (тФс) или в присутствии жид-
кой фазы (жФс). преимущества тФс заключа-
ются в том, что состав композита не ограничен
содержанием легкоплавкой фазы. однако, как
правило, за один цикл не удается достичь макси-
мальной плотности и требуется деформационная
или термодеформационная обработка. техноло-
гия жФс позволяет ускорить процессы диффузии
компонентов в материале и обеспечивает возмож-
ность максимального его уплотнения в процессе
спекания. атмосфера спекания зависит от назна-
чения изделий, и, как правило, является восста-
новительной или дегазирующей средой (водород,
вакуум). Для улучшения смачивания жидкой фа-
зой поверхности тугоплавкой фазы в процессе
жФс используют такие легирующие добавки, как
Fe, Co, Ni, Ti, Zr и др. (до 1...3 % мас.) [4, 18, 19].
Эта технология ограничивает содержание жидкой
фазы (не более 50 % по объему) для предотвраще-
ния потери формы изделия. оптимальным техно-
логическим приемом является пропитка расплава-
ми Ag(Cu) или их сплавами тугоплавкого каркаса,
сформированного с добавлением легкоплавкой
компоненты или без нее (рис. 1, справа). Данный
процесс не требует ограничения объема жидкой
фазы и может обеспечить плотность, близкую к
теоретической. Кроме того, избыток жидкой фазы
при пропитке может быть использован как пере-
ходной проводящий слой на обратной поверхно-
сти контактов для приваривания к токоведущим
частям установки.
применительно к Км часто обнаруживаются
корреляции между служебными характеристика-
ми контактов и уменьшением размеров частиц ту-
гоплавкой фазы до микронного и субмикронного
размеров [20–22]. в связи с этим перспективной
технологией получения Км Ag(Cu)–W(Mo, Cr)
является горячее динамические прессование, при
котором механическая смесь порошков конечно-
го состава за одну операцию подвергается высо-
коскоростному прессованию и термической обра-
ботке в вакууме. в результате такой комплексной
обработки обеспечивается дегазация порошков,
сохраняется их высокая дисперсность, форми-
руется высокоплотный материал с повышенной
прочностью и твердостью и удовлетворительным
уровнем электропроводности [23].
в производстве технические характеристики Км,
как правило, регламентируются по составу, плотно-
сти, удельному электросопротивлению и твердости
(табл. 1–3). выбор материала и технологической
схемы получения определяется условиями эксплу-
атации контактов. Для всех материалов характерна
общая тенденция роста характеристик твердости и
эрозионной стойкости и снижения тепло- и электро-
проводности с увеличением содержания тугоплав-
кой фазы. природа тугоплавкого наполнителя, схема
получения Км также оказывает влияние на характер
изменения его свойств.
Км аg–WC характеризуются большей твер-
достью и меньшим удельным электросопротив-
лением по сравнению с Км Ag–W в аналогичном
концентрационном интервале содержания матри-
цы, при этом схема пропитки обеспечивает по-
лучение высокоплотного материала с большими
Рис. 1. технологическая схема получения Км Ag (Cu)-W (Mo, Cr) (Ts —
температура плавления легкоплавкой фазы), тФс и жФс — твердофаз-
ное и жидкофазное спекание, соответственно)
40 10/2015
Т а б л и ц а 1 . Основные свойства КМ Ag–W, Ag–WC и Ag–Mo (материалы фирмы DОDUCO [24])
материал Cодержание
серебра, мас.% плотность, г/см3 Удельная электропроводность твердость HV10
(по виккерсу) % IACS Mсм/м
AgW 50/50
SIWODUR 50-1 48…52 13,0…13,4 45 26 120…140
AgW 40/60
SIWODUR 60-1 38…42 14,0…14,4 41 24 140…160
AgW30/70
SIWODUR 70-1 28…32 15,0…15,4 34 20 160…190
AgW20/80
SIWODUR 80-1 18…22 15,8…16,3 31 18 180…230
AgWC60/40
SIWODUR C 40-1 58…62 11,6…11,9 41 24 130…160
AgWC50/50
SIWODUR C 50-1 48…52 12,0…12,4 38 22 140…170
AgWC40/60
SIWODUR C 60-1 38…42 12,4…12,8 36 21 150…180
AgWC84/16C2
SIWODUR C16/C2-2 80…84 9,8 60 35 55
AgWC 73/27C3
SIWODUR C16/C3-2 68…72 9,6 36 21 50
AgMo 50/50
SILMODUR 50-1 48…52 9,9…10,2 34 20 120…140
AgMo 40/60
SILMODUR 60-1 38…42 9,9…10,2 31 18 130…170
AgMo 30/70
SILMODUR 70-1 28…32 10,0…10,4 29 17 140…180
Примечание. в окончании названия марки Км обозначен метод изготовления: 1 — пропитка; 2 — тФс с последующей
допрессовкой.
Т а б л и ц а 2 . Основные свойства КМ W–Cu (материалы фирмы «Plansee Group» [25])
материал
состав, мас. % * плотность,
г/см3
Электропрово-
дность, мсм/м
твердость
по виккерсу
HV30
прочность
на сжатие,
мпа
стойкость
к оплавлению
Размер
зерна W,
мкм
W Cu
A15Ni 85 15 15,7 17 205 250 отлично до 50
A20Ni 80 20 15,2 18 200 200 очень хорошо до 50
A20NiF 80 20 15,2 18,5 190 240 -»- 20…25
FG20 80 20 15,2 18,5 220 350 отлично 4…8
A25NiF 75 25 14,5 21 190 160 хорошо 20…25
A30Ni 70 30 14,0 23 135 60 -»- до 50
* все составы Км дополнительно легируются Ni (менее 1 мас. %).
Т а б л и ц а 3 . Основные свойства КМ Cr–Cu и качественная оценка служебных характеристик дугогасительных
контактов из них (материалы фирмы «Plansee Group» [26])
характеристика
материал
сс-98 сс-75 сс-70 сс-57
Cr (мас. %) 2 25 30 43
Cu (мас. %) 98 75 70 57
O (мас. %) 0,150 0,650 0,675 0,700
н (мас. %) 0,005 0,005 0,005 0,010
N (мас. %) 0,015 0,100 0,105 0,110
плотность (г/см3) 8,70 8,05 7,90 7,60
твердость HV30 110 (HB 2,5) 70 75 85
Электропроводность отлично отлично очень хорошо хорошо
стойкость к оплавлению o очень хорошо отлично отлично
способность к прерыванию тока o отлично -»- -»-
ток прерывания о хорошо очень хорошо -»-
износостойкость о -»- -»- -»-
Устойчивость к свариванию о очень хорошо -»- -»-
Примечание. о – сс-98 применяется в качестве подложки для контакта с токоведущими частями вакуумной камеры.
4110/2015
значениями твердости, тепло- и электропроводно-
сти по сравнению с материалами, полученными
по схеме тФс с допрессовкой (см. табл. 1). Для
Км W–Cu характерно существенное улучшение
прочностных характеристик при уменьшении раз-
меров зерен вольфрама (см. табл. 2). структура
порошковых Км Ag(Cu)–W(Mo,Cr) характеризу-
ется наличием двух и более фаз на основе туго-
плавкого и легкоплавкого компонентов с частица-
ми от субмикронных размеров до 300…500 мкм
(рис. 2). в зависимости от требований к уровню
тепло- и электропроводности, а также к эрозион-
ной стойкости и механическому износу, Км мо-
жет состоять из каркаса проводящей фазы с дис-
пергированными в ней тугоплавкими частицами,
либо из тугоплавкого каркаса, капилляры которого
заполнены легкоплавкой фазой, возможно также
одновременное существование двух взаимопро-
никающих каркасов легкоплавкой и тугоплавкой
составляющих.
получение Км с ультрадисперсными частица-
ми тугоплавкой фазы сопряжено с технологиче-
скими трудностями, связанными с необходимо-
стью защиты порошков от окисления, получения
равномерного распределения компонентов в сме-
си, сохранения заданной дисперсности структуры
и достижением максимально возможной плотно-
сти [27–29]. Это требует проведения подготови-
тельных технологических операций, таких, как,
например, плакирование тугоплавкой компоненты
межфазноактивными элементами для улучшения
адгезионных характеристик на границе матрицы с
тугоплавкой фазой [30], длительного высокоэнер-
гетического размола, имеющего целью механиче-
ское легирование и получение композиционных
порошков промежуточного состава [31], совмест-
ное восстановление кислородсодержащих соеди-
нений тугоплавких и легкоплавких компонентов
[32].
Рис. 2. типичная микроструктура Км SIWODUR75 1 (Ag/W 25/75) (а), SILMODUR65 (Ag/Mo 35/65) (б), сс-75 (сu/Cr 75/25)
(в) и сс 57 HMA (Cu/Cr 57/43) (г) (материалы фирмы DODUCO [24, 26])
Рис. 3. ток среза для различных контактных материалов при
испытаниях вакуумного контактора 24 ка/24 кв при макси-
мальном токе 30 а [26]
42 10/2015
при выборе состава для контактов также учи-
тываются специфические требования, обуслов-
ленные условиями работы контакт-деталей. в
частности, для отключения больших токов в ва-
кууме необходимо, чтобы материал дугогаситель-
ных контактов содержал минимальное количество
газообразующих примесей, в частности, кисло-
рода, азота и водорода (см. табл. 3), при этом, из-
меняя состав Км, можно контролировать эмисси-
онные свойства контактов с целью обеспечения
среза тока вблизи нулевого значения (рис. 3).
К недостаткам Км этого класса следует отне-
сти то, что с увеличением содержания тугоплавко-
го компонента ухудшается возможность механи-
ческой обработки, а с увеличением легкоплавкого
компонента возрастает тенденция к свариванию
при токах короткого замыкания. Кроме того, не-
обходимо учитывать среды, в которых происходит
дугогашение. так, при работе контактов Ag–W в
кислородсодержащих средах на их поверхности
образуются вольфраматы серебра (Ag2WO4), что
увеличивает переходное сопротивление [33]. в
работе [34] показано, что в присутствии слабых
электромагнитных полей, возникающих, напри-
мер, при размыкании дугогасительных Ag–W кон-
тактов, наблюдается формирование так называе-
мых конусов тейлора на поверхности вольфрама,
которые увеличивают вероятность пробоя после
повторного зажигания дуги. предполагается, что
поверхностное натяжение жидкого вольфрама в
среде, содержащей кислород, может иметь значе-
ние на несколько порядков ниже, чем вольфрама
в вакууме, поскольку подобные эксперименты с
другими металлами (Ta, Mo, Nb, Cu) на воздухе и
вольфрама в вакууме не выявили наличие конусов
тейлора. Км Ag–Mo характеризуются более ста-
бильным контактным сопротивлением на возду-
хе по сравнению с Км Ag–W, благодаря тому, что
оксиды молибдена менее стабильны и в процессе
коммутации тока имеет место эффект самоочище-
ния поверхности рабочего слоя.
в сварочной технике порошковые Км на осно-
ве меди составляют особую группу материалов,
часто используемых при стыковой сварке вставок
литьевых форм оплавлением и сопротивлением,
при точечной сварке черных металлов и нержаве-
ющей стали, рельефной сварке литьевых форм и
др. в общем случае сварочные электроды долж-
ны иметь высокую тепло- и электропроводность,
высокие жаропрочность, твердость и температу-
ру рекристаллизации, а также малую склонность
к массопереносу через контакт электрод – деталь.
часто этим требованиям удовлетворяют гарто-
ванная медь или ее сплавы с присадками Cr, Cd,
Ni, Be, Si и др. (бронзы) [35, 36]. однако при сва-
ривании малодеформируемых металлов с малой
Т а б л и ц а 4 . Технические характеристики КМ «эльконайт» производства фирмы CMW Inc. (США) [38]
материалы
Elkonite
(обозн. CMW Inc.)
состав, мас.% плотность,
г/см3
Удельная элек-
тропроводность,
% IACS
Удельная тепло-
проводность
(20 °с), вт/м·К
предел прочно-
сти при изгибе,
мпа
твердость
(по Роквеллу)
1W3
3W3
5W3
10W3
10W53
30W3
55W:45Cu
68W:32Cu
70W:30Cu
75W:25Cu
75W:25Cu
80W:20Cu
12,50
13,93
14,18
14,84
14,79
15,56
53
50
48
43
28
41
310
280
280
260
150
250
758
896
965
1030
1380
1170
нRB 77
нRB 90
нRB 95
нRB 98
нRB 109
нRB 103
TCS
TC10
TC20
50WC:50Cu
56WC:44Cu
70WC:30Cu
11,26
11,64
12,65
45
42
30
290
280
240
1100
1240
1380
нRB 94
нRB 100
HRC 37
Т а б л и ц а 5 . Технические свойства дисперсно-упрочненных КМ на основе меди (ДУКМ) торговой марки ООО «Дис-
ком-сварка» (Россия) [40]
характеристика материала
тип ДУКм торговой марки ДисКом
Cu–Al–C–O Cu–Ti–C–O Cu–Al–Ti–C–O
C16.101 C16.106 C16.201 C16.202 C16.204 C16.205 C16.404
плотность, г/см3 8,70 8,57 8,69 8,55 8,67 8,55 8,65
твердость НВ 5/750/30 185 140 159 147 218 228 193
Электропроводность, % IACS 50,0 85,0 73,0 79,0 56,0 55,0 65,0
теплопроводность, вт/м·К 185 - 302 305 265 230 271
предел прочности при сжатии, мпа 1010 1410 1170 1040 1060 1070 955
относительная осадка до разрушения, % 36,0 59,0 45,0 42,0 27,5 26,5 30,0
предел прочности при растяжении:
при 20 °с
при 500 °с
717
154
492
-
490
118
510
128
740
199
785
233
700
220
относительное удлинение, %:
при 20 °с
при 500 °с
8,7
5,2
15,0
-
17,0
3,2
10,2
6,5
8,7
5,1
6,5
4,0
10,9
7,3
температура рекристаллизации, °с 930 870 930 880 960 970 940
4310/2015
проводимостью, различной толщины, разнород-
ных или толстостенных материалов и др., возни-
кает необходимость в электродах с повышенны-
ми твердостью, прочностью и жаростойкостью в
сочетании с относительно низкой электропрово-
дностью (≤ 75 % от меди). в подобных условиях
часто используют комбинированные электроды,
состоящие из электрода-вставки из тугоплавкого
металла (W, Mo) или Км на его основе, помещенно-
го в медную основу с системой охлаждения. такая
конструкция обеспечивает существенно больший
срок службы по сравнению со сплошными медными
электродами. Для сварочных электродов использу-
ют Км W(WC)–Cu с содержанием тугоплавкой со-
ставляющей 55 мас % и выше (табл. 4). Км данно-
го типа применяют также в качестве электродов для
электроэрозионной обработки и иногда называют
общим термином «элконайт» («эльконайт», «элко-
нит») [37, 38]. варьируя состав, можно существен-
но повышать прочность Км, сохраняя высокий уро-
вень электропроводности (табл. 4).
относительно новым классом для электродов
контактной сварки являются дисперсно-упроч-
ненные материалы на основе порошковой меди с
диспергированными в ней частицами тугоплавких
фаз — оксидов и карбидов (Al2O3, TiO2, Cr2O3,
SiO2, SiC и др.) [39–41]. использование метода
высокоэнергетического размола порошков с меха-
ническим легированием меди оксидами позволи-
ло получить Км с высоким уровнем прочностных
характеристик и температурой рекристаллизации,
близкой к температуре плавления меди (табл. 5).
термическая стабильность и дисперсность окси-
дов обеспечивает большую жаростойкость ДУКм
по сравнению с хромистыми и хромоциркониевы-
ми бронзами (рис. 4).
Выводы
порошковые композиционные материалы метал-
ломатричного типа на основе меди с тугоплавким
наполнителем относятся к классу псевдосплавов
и могут эффективно работать в условиях высоких
температур, механического и электроэрозионного
износа и воздействия различных сред. благодаря
уникальности своих свойств эти материалы исполь-
зуются для производства дугогасительных контак-
тов высоковольтными выключателей и для изготов-
ления сварочных электродов для контактной сварки.
основные технологические схемы производ-
ства, использующие методы порошковой метал-
лургии, включают предварительное смешивание
порошков исходных компонентов промежуточ-
ного или конечного состава с последующим спе-
канием при температурах ниже или выше темпе-
ратуры плавления легкоплавкой составляющей.
производство нанодисперсных Км данного клас-
са сопряжено с определенными сложностями, вы-
званными необходимостью защиты от окисления
порошков, получения равномерного распределе-
ния компонентов в смеси, сохранения дисперс-
ности структуры и достижения максимально воз-
можной плотности.
относительно новым классом для электродов
контактной сварки являются дисперсно-упроч-
ненные материалы на основе порошковой меди с
диспергированными в ней оксидами и карбидами
(Al2O3, TiO2, Cr2O3, SiO2, SiC и др.), с повышен-
ным уровнем прочности и жаростойкости.
1. Композиционные материалы. Кн. в 8 т. / под ред. л. браут-
мана и Р. Крока т. 3. применение композиционных матери-
алов в технике. – м.: машиностроение, 1978. – 511 с.
2. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получае-
мые методом пропитки. – м.: металлургия, 1986. – 208 с.
3. Композиционные материалы. справочник / под общ. ред.
в.в. васильева, Ю. м. тарнопольского. – м.: машино-
строение, 1990. – 510 с.
4. Спеченные материалы для электротехники и электрони-
ки. справочник / г.г. гнесин, в.а. Дубок, г.н. братерская
и др. – м.: металлургия, 1981. – 344 с.
5. Евдокунин Г.А., Тилер Г. современная вакуумная комму-
тационная техника среднего напряжения. – спб: изд-во
сизова м.п., 2000. – 114 с.
6. Вакуумная коммутационная техника и компоненты для се-
тей среднего напряжения. Siemens. [Электрон. ресурс]. –
Режим доступа: https://w3.siemens.com/powerdistribution/
global/SiteCollectionDocuments/en/mv/indoor-devices/
vacuum-switching-technology-and-components_ru.pdf.
7. Slade P.G. Electric Contacts for Power Interruption. A
Review. Proc. 19 Int. Conf. on Electric Contact Phenom.
Nuremberg (Germany) 1998. – Р. 239–245
8. Contact Materials for Electrical Engineering. Electrical
Contacts Wiki. [Электрон. ресурс]. – Режим доступа:
http://www.electrical-contacts-wiki.com/index.php/Contact_
Materials_for_Electrical_Engineering.
9. On the application of W/Cu materials in the fields of power
engineering and plasma technology / T. Bregel, W. Krauss-
Vogt, R. Michal, K.E. Saeger // IEEE Trans. Comp., Hybrids,
Manufact. Technol. – 1991. – V.14. – P. 8–13.
10. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления. – м.: Эне-
ргия, 1978. – 456 с.
11. Вторичная структура в рабочем слое электрических
контактов из композиционных материалов и их функци-
ональные свойства / Р.в. минакова, е.в. хоменко, г.е.
Копылова и др. // Электрические контакты и электроды.
– Киев: ипм нан Украины, 2012. – с. 38–47.
Рис. 4. изменение твердости различных материалов на осно-
ве меди в зависимости от температуры отжига [40]
44 10/2015
12. Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов. –
м.: металлургия, 1980. – 295 с.
13. Федорченко И.М., Францевич И.Н., Радомысельский И.Д.
порошковая технология: материалы, технология, свой-
ства, области применения. справочник. – Киев: наук.
думка, 1985. – 624 с.
14. Захаров А.М. Диаграммы состояния двойных и тройных
систем. – м.: металлургия, 1990. – 240 с.
15. Plansee Group. сферы компетенции. технологии: [Элек-
трон. ресурс]. – Режим доступа: http://www.plansee.com/
en/About-us-Expertise-Technology-118.htm.
16. Hula R. Ch., Edmaier Ch. Silver Coated Tungsten Carbide
Powders for Composite Electrical Contact Application /
Powder Metallurgy Prrogress. – 2000. – 9, № 1. – P. 34–41.
Режим доступа: http://www.imr.saske.sk/pmp/issue/1-2009/
PMP_Vol09_No1_p034-041.pdf.
17. P. Slade. The vacuum Interrupter. Theory, Design, and
Application. CRC Press and Taylor and Francis, ISBN
0849390915. – 2007. – 528 p.
18. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических рас-
плавах. – Киев: наук. думка, 1972. –196 с.
19. Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д. новые композиционные
материалы на основе несмешивающихся компонентов:
получение, структура и свойства. – м.: мгиУ, 1999 –
206 с.
20. Смага Н.Н., Юдин Б.А., Марков Е.В. метод изготовле-
ния и результаты испытаний мелкодисперсных металло-
керамических композиций для контактов электрических
аппаратов // Электротехнические металлокерамические
изделия. – м.: внииЭм, 1965. – с. 61–68.
21. Корниенко В.П., Юдин Б.А., Колесников В.Н. мелкозер-
нистые композиционные контакты для низковольтной
аппаратуры // Электрические контакты и электроды. –
Киев: наук. думка, 1977. – с. 70–79.
22. The enfluence of composition and Cr-particle size of Cu/
Cr Contacts on Chopping Current, Contact resistance and
Breakdouwn Voltage in Vacuum Interrupters / W.F. Rieder,
M. Schussek, W. Glatzle, E. Kny // IEEE Trans. Components
Hybrids and Manufact. Tech. – 1989. – 12, № 2. – P. 273–283.
23. Solid State impact sintering in vacuum of composites based
on copper and silver / а. Laptiev, O. Tolochyn, O. Khomenko,
L. Kryachko. // Proc. 27th Conference on Electrical Contacts,
June 22–26, 2014, Dresden, Germany. – P. 457–462.
24. Tungstem and Molybden Based Materials. Powered by
Doduco: [Электрон. ресурс]. – Режим доступа: http://
www.electrical-contacts-wiki.com/index.php/Tungsten_
and_Molybdenum_Based_Materials
25. Plansee Group [Электрон. ресурс]. – Режим досту-
па:http://www.plansee.com/ru/Products-Electrical-contacts-
Tungsten-copper-WCu-58.htm.
26. Plansee Group [Электрон. ресурс]. – Режим доступа:
http://www.plansee.com/ru/Products-Electrical-contacts-
Copper-chromium-CuCr-59.htm
27. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Евдокимов В.А. исследо-
вание процесса уплотнения при жидкофазном спекании
под давлением в системе вольфрам–медь // порошковая
металлургия. – 1974. – № 1. – с. 34–39.
28. Паничкина В.В., Сиротюк М.М., Скороход В.В. жидко-
фазное спекание высокодисперсных смесей вольфрам–
медь // там же. – 1982. – № 6. – с. 27–31.
29. WC/Ag contact materials with improved homogeneity /
R. Grill, P. Klausler, F. E.-H. Mueller et al. // Proc. 16 th Inter.
Plansee Seminar. Reutte. – 2005. – P. 200–211.
30. Amirjan М., Zangeneh-Madar K., Parvin N. Evaluation of
microstructure and contiguity of W/Cu composites prepared
by coated tungsten powders // Refractory Metals and Hard
Materials. – 2009. – V. 27. – Р. 729–733.
31. Пат. № US6375708 B1. Alloy for electrical contacts and
electrodes and method of making / L.P. Dorfman, M.J.
Scheithauer, M. Paliwal, D.L. Houck, J.R. Spencer.; опубл.
23.04.2002.
32. Пат. US 7172725 B2. W-Cu alloy having homogeneous
micro-structure and manufacturing method thereof / Moon-
Hee Hong, Ja-Ho Choi, Seoung Lee, Eun-Pyo Kim, Sung-Ho
Lee, Joon-Woong Noh; опубл. 6.02.2007.
33. Wingert P.S. The effect of Ni on the Switching Performence
of AgW Based on Contacts // Proc. 39 th IEEE Holm. Cong.
– 1993. – P. 111–115.
34. Batrakov A.V., Popov S.A., Proskurovsky D.I. Electrodynamic
Phenomena in Exploding Tungsten Electrical Contacts //
Proc. 42 th IEEE Holm. conference. – 1996. – P. 129–136.
35. Гуляев А.И. технология и оборудование контактной свар-
ки. – м.: машиностроение, 1985. – 254 с.
36. Технология и оборудование контактной сварки / под общ.
ред. б.Д. орлова. – м.: машиностроение, 1986. – 352 с.
37. Toshiba materials Co Ltd. Elconite. [Электронный ресурс].
– Режим доступа :http://www.toshiba-tmat.co.jp/eng/list/
ta_elc.htm.
38. Contacts Metals Welding. Typical properties of elkonite
materials. [Электронный ресурс]. – Режим доступа :
http://www.tjsnow.com/supplies/cmw/w49f.pdf.
39. Pressing of partially oxide-dispertion-strengthered copper
using the ECAP process / M. Kos, J. Fercec, M. Bruncko
et al. // Material and Technology. – 2014. – 48, issue 3. –
P. 370–384.
40. Диском-сварка. наноструктурные материалы и изде-
лия из них. [Электрон. ресурс]. – Режим доступа: [http://
discom-svarka.ru/dukm/].
41. Аношин В.А., Илюшенко В.М., Минакова Р.В. жаропроч-
ные материалы на основе меди. способы получения.
свойства. применение // сб. научн. тр. ипм нан Укра-
ины. – 2010 г. – C. 212–218.
поступила в редакцию 27.04.2015
подписано к печати 01.10.2015. Формат 60×84/8. офсетная печать.
Усл. печ. л. 9,09. Усл.-отт. 10,09. Уч.-изд. л. 10,22 + 1 цв. вклейка.
печать ооо «Фирма «Эссе».
03142, г. Киев, просп. акад. вернадского, 34/1.
Контакты:
тел./факс: (38044) 200-82-77; 200-54-84
E-mail: journal@paton.kiev.ua
|