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!

    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 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
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету