Структура, властивості й електронно-променева технологія одержання композиційних матеріалів Cu-Mo-Zr-Y для електричних контактів

Диссертация посвящена решению научно-технологической задачи по созданию новых композиционных материалов (КМ) на основе меди и молибдена для электрических контактов путем электронно-лучевого высокоскоростного испарения-конденсации. Использование медь-молибденовых КМ взамен серебросодержащих обусловлено отсутствием отечественного природного серебра. Применение электронно-лучевой технологии связано с ее уникальными возможностями получать КМ в мелкокристаллическом состоянии. Из практики применения КМ на основе серебра известно, что повышение их дисперсности эффективно влияет на функциональные свойства контактов многочисленного класса слабо- и средненагруженных коммутационных аппаратов. Вышесказанное определяет актуальность и техническую целесообразность решаемой задачи.

Изучены особенности формирования структуры и свойства конденсированных композиционных материалов в многокомпонентной системе на основе меди и молибдена Сu-Мо(2,5.12,0% (мас.))-Zr(0,01…0,08% (мас.))-Y(0,02…0,12% (мас.)), установлены рациональные технологические параметры проведения процесса электронно-лучевого испарения с последующей конденсацией в вакууме, определены оптимальные химический и фазовый составы, структура, физико-механические и эксплуатационные свойства этих материалов.

Установлено, что конденсируемый композиционный материал на основе меди и молибдена имеет слоистую структуру с иерархией слоев (на макро-, микро- и субмикронном уровнях), которая связана технологическими условиями получения, наличием примесей в исходных материалах, сегрегации которых “декорируют” границы слоев.

При градиентном характере распределения молибдена в слоях общее повышение его концентрации в парофазних конденсатах сопровождается ростом предела текучести, прочности, снижением параметров пластичности, тепло- и электропроводимости.

Установлены особенности температурной зависимости изменения горячей твердости и механических свойств при условиях испытания на растяженеие. При монотонном характере снижения твердости и параметров прочности на температурной зависимости параметров пластичности выявлен температурный интервал охрупчивания.

Показано, что конденсируемые КМ на основе меди и молибдена в присутствии циркония и иттрия отличаются более высокой коррозийной стойкостью в сравнении с чистой медью и порошковыми композитами на основе меди и молибдена.

Выявлены структурные изменения в рабочем слое и электроэрозионный износ контакт-деталей при натурных испытаниях. Показано, что пористость, локализованная вдоль периметра контактов при сварке-пайке, приводит к их свариванию и разрушению рабочего слоя.

Разработано промышленное оборудование с производительностью 12 т КМ в год и технология получения электроконтактных материалов и контакт-деталей из них. Проведены широкие промышленные испытания новых типов электрических контактов из КМ на основе малолегированного сплава меди и молибдена. Показано, что наибольшему ресурсу работы контактов марки МДК отвечает структура рабочего слоя с оплавлением, но без разрушения начальной слоистости. Разработаны технические условия на изготовление контактов для использования в низковольтных коммутационных аппаратах (ТУУ 31.2-20113410-003-2002). Изготовлено более 1,5 млн. контактов 370 наименований.

Ключевые слова: электронно-лучевое испарение и конденсация, композиционные материалы, структура, свойства, электрические контакты.

ABSTRACT

Grechanyuk I. N. Structure, properties and electron-beam technology of production composition materials Сu-Mo-Zr-Y for the electric contacts. - Manuscript. Dissertation for the Ph. Dr. Degree (Engineering) by the specialty 05.02.01 - material science. Frantsevich Institute for Materials Science of NAS of Ukraine, Kyiv, 2006.

Dissertation is realized the desision of scientific-technological task of creation of a new class of condensed from a steam phase composition materials on the basis of alloying composition of copper and molybdenum for the electric contacts.

The features of forming of structure were studied in this dissertation. Also properties of condensed composition materials in the multicomponent system on the basis of alloying composition of copper of Cu-Zr(0,01…0,08 mas.%)-Y(0,02...0,12 mas.%) and the Mo(2,5…12,0 mas.%) molybdenum were studied. The rational technological parameters of leading the process of electron-beam evaporation and subsequent condensation in vacuum were definited. Optimum chemical and phase compositions, structure, physical-mechanical and operating properties of these materials were definited.

The industrial equipment and technology of production of electric contact materials and contact-details from them was developed. Wide industrial testing of new types of electric contacts were carried out.

Keywords: electron-beam evaporation and condensation, composition materials, structure, properties, electric contacts.

Размещено на Allbest.ru