Разработка технологии получения литейных дисперсно-упрочненных сплавов электротехнического назначения на основе меди и исследование их свойств

Трунова, Алина Игоревна

ВВЕДЕНИЕ 4 Глава 1. ПРИМЕНЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ………………………………… 12
1.1. Металломатричные композиционные материалы……………………… 12
1.2. Материалы электротехнического назначения…………………………… 16
1.2.1. Выбор матрицы композиционного материала………………………….. 16
1.2.2. Выбор материала упрочняющих фаз……………………………………. 19
1.3. Методы упрочнения медноматричных композиционных материалов………………………………………………………………………. 22 1.3.1. Метод механического легирования……………………………………… 23 1.3.2. Метод легирования армирующими материалами……………………… 27 1.3.3. Метод реакционного синтеза в расплаве упрочняющих фаз………….. 29 Выводы и задачи исследования………………………………………………… 33 Глава 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………… 35 2.1. Исходные материалы, особенности приготовления композиционных сплавов и методика проведения экспериментов………………………………. 35 2.2 Методы изучения структуры и свойств композиционных сплавов…….. 37 Глава 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ
ИХ СВОЙСТВ…………………………………………………………………… 43 3.1. Выбор исходных материалов для синтеза карбидных и боридных упрочняющих фаз ……………………………………………………………… 43 3.2. Термодинамический анализ реакций образования упрочняющих фаз в процессе приготовления композиционных сплавов…………………………. 44 3.3. Исследование смачивания карбидов и боридов расплавами на основе меди………………………………………………………………………………. 46
2
3.4. Устойчивость системы расплав-дисперсная частица…………………….. 48 3.5. Исследование термических свойств сплавов системы Cu -Cr3C2………….. 49 3.6. Исследование и разработка состава флюса для раскисления и рафинирования меди……………………………………………………………. 56 Выводы по главе………………………………………………………………… 62 Глава 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ…………………………………………….. 64 4.1. Композиционные материалы на основе меди, упрочненные карбидными фазами…………………………………………………………………………………. 64 4.2. Композиционные материалы на основе меди, упрочненные боридными фазами…………………………………………………………………………….. 69 4.2.1. Влияние содержания упрочняющей фазы на механические свойства и удельную электропроводность меди…………………………………………… 69 4.2.2. Влияние содержания упрочняющей фазы на макроструктуру и твердость меди……………………………………………………………………. 72 4.2.3. Исследование влияния термоскоростной обработки, микролегирования редкоземельными металлами и модифицирования кадмием на микроструктуру меди марки М1 и дисперсно-упрочненных сплавов на ее основе…………………………………………………………….. 74 4.3. Сравнение структуры и свойств литого дисперсно-упрочненного 86 материала на основе меди с известными аналогами…………………………..
4.4. Получение прутк овой продукции из дисперсно-упрочненного медного сплава…………………………………………………………………… 90 Выводы по главе………………………………………………………………… 94 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….. 97 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………. 100 ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………………………… 111 ПРИЛОЖЕНИЕ Б………………………………………………………………… 114

Актуальность работы. Создание новых дисперсно-упрочненных материалов, обладающих повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами в широком интервале температур и давлений, является одним из направлений современного материаловедения. В частности, композиционные сплавы электротехнического назначения на медной основе с улучшенными функциональными свойствами находят широкое применение в электротехнике для создания силовых кабелей, контактов в электрических машинах, электродов контактной точечной сварки и др.
Технологии порошковой металлургии, включающие в себя операции размола, компактирования и пластической деформации в различных температурных интервалах получили наибольшее распространение среди известных методов получения композиционных материалов на основе меди. Однако они имеют ряд недостатков, такие как сравнительно высокая стоимость металлических порошков, необходимость спекания в защитной атмосфере, ограниченность по конфигурации и размерам изготавливаемых изделий и т.д.
Описанные в литературе методы замешивания порошковых материалов в металлический расплав ограничены номенклатурой компонентов, химически не взаимодействующих друг с другом, термодинамически устойчивых и хорошо смачиваемых матричным расплавом.
Метод реакционного синтеза (in situ), является функциональным и простым способом получения композиционных материалов. Он отличается быстротечностью процесса, высокой адгезией фаз, термической стабильностью и высокой дисперсностью.
Формирование наноразмерных фаз в реакциях in-situ является принципиально новым подходом к созданию медноматричных композитов электротехнического назначения с заданным комплексом свойств, однако, информация о синтезе объемно-армированных композиционных материалов с медной матрицей не многочисленна. В связи с этим, совершенствование этой

5
технологии и разработка новых методов производства медноматричных материалов электротехнического назначения с улучшенными свойствами является актуальной проблемой, решение которой позволит получать материалы высокого качества при минимальных затратах.
Степень разработанности. Вопросом получения литых медноматричных композиционных материалов электротехнического назначения занимается достаточно небольшое число авторских коллективов.
Композиционные сплавы на медной основе, упрочненные синтезированными в расплаве частицами карбидов вольфрама, ниобия, ванадия, хрома и др., обладают высокими механическими и электротехническими характеристиками. Большой вклад в развитие и реализацию этого направления внесли Бодрова Л. Е., Пастухов Э. А., Попова Э. А., Гойда Э. Ю., Еремина М. А. Ввиду плохого смачивания расплавом меди частиц карбидов авторам пришлось применить внешнее воздействие на расплав (низкочастотные колебания, механическое и электромагнитное перемешивание).
Теоретическими и экспериментальными исследованиями образования синтезированных в расплаве меди карбидов хрома занимаются О. В. Самойлова, Г. Г. Михайлов, Л. А. Макровец, Е. А. Трофимов, В.И. Гераскин.
В зарубежных источниках также встречаются исследования по синтезированию в расплаве меди карбидов различных переходных металлов. Вклад в это направление внесли H. Zuhailawati, A. R. Kennedy, A. Chrysanthou, N. Radhika, K. Prakasan.
Однако в литературе недостаточно широко описаны параметры технологического процесса изготовления литых композиционных материалов, а также способы предварительной подготовки расплава меди для эффективного синтеза в нем упрочняющих фаз.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка комплекса новых технических и технологических решений, обеспечивающих получение литейных дисперсно-упрочненных сплавов

6
электротехнического назначения на основе меди с заданной структурой и исследование их свойств.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
• дать термодинамическое обоснование синтеза упрочняющих карбидных и боридных фаз в расплаве меди и устойчивости образующейся дисперсной системы с труднорастворимыми нано- и микроразмерными частицами;
• исследовать окисление меди в условиях открытой плавки и влияние кислорода на ее физико-механические свойства, а также оценить возможность синтеза упрочняющих фаз в расплаве меди с повышенным содержанием кислорода;
• разработать эффективный флюс для выплавки дисперсно- упрочненных сплавов на основе меди;
• разработать технологический регламент получения дисперсно- упрочненных сплавов на основе меди, изучить их структуру и свойства;
исследовать влияние комплексной модифицирующей и микролегирующей добавки на процесс кристаллизации, структурообразования и физико – механические, эксплуатационные и технологические свойства литых дисперсно- упрочненных сплавов.
Научная новизна полученных результатов.
1. Впервые научно обоснована возможность глубокого раскисления расплава электротехнической меди наноразмерным алмазографитом (побочный продукт взрывного синтеза алмазов) и синтеза в бескислородной меди упрочняющих фаз карбидов титана, хрома и диборида хрома заданного количества и состава.
2. На основе физик о-химического анализа реакций взаимодействия наноразмерного алмазографита и фторсодержащих солей с примесями, присутствующими в расплаве технической меди, научно обоснована возможность

7
применения флюса растворно-химического действия, повышающего эффективность экстрагирования из расплава технической меди вредных примесей.
3. Впервые получен дисперсно-упрочненный сплав системы Cu-Cr3C2, в котором с увеличением содержания карбида хрома до 3 масс. %, синтезированного в расплаве меди, одновременно повышается прочность и увеличивается в 2-3,5 раза его пластичность, что обусловлено глобулярной морфологией упрочняющей фазы со средним размером менее 2 мкм и ее равномерным распределением в бескислородной медной матрице.
4. Научно обоснована возможность получения дисперсно-упрочненного сплава системы Cu-CrB2 с применением комплексной модифицирующей добавки, состоящей из поверхностно-активного кадмия, обеспечивающего получение мелкозернистой структуры матрицы композиционного материала, и микролегирующей добавки РЗМ, способствующей глобуляризации нано- и микроразмерных частиц упрочняющих фаз.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету