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 П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    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

    Другие учебные работы по предмету