WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Романов Денис Анатольевич

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ

Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Громов Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты: Потекаев Александр Иванович, доктор физико-математических наук, профессор, ОСП «Сибирский физико-технический институт имени акад. В.Д. Кузнецова Томского государственного университета», директор Ефимов Олег Юрьевич, кандидат технических наук, ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат», начальник производственного управления Ведущая организация федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Барнаул

Защита состоится 5 июня 2012 года в 900 на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровской области, ул. Кирова, 42.

Факс: (3843) 46-57-92.

E-mail: d212_252_04@sibsiu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «____» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.х.н., профессор Горюшкин В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для электротехнической промышленности, производящей электрокоммутационную аппаратуру, в первую очередь нужны новые электроэрозионностойкие материалы, поскольку в большинстве случаев именно они определяют характеристики аппаратуры, способность надежно и длительно коммутировать электрический ток. Для материалов электрических контактов характерно сочетание разнообразных, иногда несовместимых для обычных металлов и сплавов требований. Для этих материалов необходимы высокая твердость и тугоплавкость в сочетании с высокими электро- и теплопроводностью, электроэрозионной и коррозионной стойкостью, отсутствием сваривания и мостикообразования.

Реализовать в одном материале многообразный и противоречивый комплекс свойств, которыми должен обладать электроконтактный материал, позволяет использование методов порошковой металлургии. В настоящее время, разработано большое количество электроконтактных материалов для их применения в разнообразных условиях эксплуатации. В состав этих материалов, как правило, входит медь, обладающая высокой электропроводностью, и тугоплавкий компонент с высокой износо- и электроэрозионной стойкостью.

Поскольку процесс разрушения материала начинается с его поверхности, для ряда практических применений, например, защиты контактных поверхностей средне- и тяжелонагруженных выключателей и коммутационных аппаратов, перспективно формирование упрочняющих покрытий, так как в этом случае важна электроэрозионная стойкость только поверхности контакта, а не всего объема. Для защиты поверхности от электроэрозионного изнашивания используют композиционные материалы на основе псевдосплавов вольфрама или молибдена и меди, карбидов вольфрама или молибдена и меди, а также сплавов на основе боридов титана и меди. Вместе с тем, существующие методы их получения, например, порошковая металлургия, имеют ограниченную область применения. В частности, эти методы не позволяют получать композиционные покрытия на контактных поверхностях с целью защиты их от электроэрозионного изнашивания. Одним из приоритетных направлений физики конденсированного состояния и физического материаловедения является разработка физических основ повышения эксплуатационных характеристик различных материалов. С учетом этого разработка методов модифицирования поверхностных слоев материалов электрических контактов является актуальной задачей развития новых современных технологий.

К перспективным методам формирования таких покрытий относится электровзрывное напыление (ЭВН) импульсными многофазными плазменными струями. В связи с вышеизложенным диссертационная работа представляется актуальной.

Целью работы явилось формирование электроэрозионностойких покрытий методом электровзрывного напыления, изучение их структуры, фазового состава и свойств.

Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1) разработать методику ЭВН электроэрозионностойких покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu и Ti-B-Cu;

2) установить влияние параметров ЭВН на морфологию поверхностей покрытий, их структуру и фазовый состав;

3) определить износо- и электроэрозионную стойкость напыленных покрытий;

4) провести анализ механизма, обусловливающего взаимодействие формируемых покрытий с основой и единичных слоев покрытия друг с другом;

5) провести испытания напыленных покрытий в условиях эксплуатации.

Научная новизна. Впервые методами световой и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и оптической интерферометрии экспериментально исследованы строение, структура, фазовый состав и характеристики топографии поверхности электроэрозионностойких покрытий, сформированных методом ЭВН. Определены параметры формирования композиционной структуры покрытий, среди которых основное внимание уделено размерам структурных составляющих в сформированных покрытиях различных систем. Впервые предложен механизм формирования зоны смешивания на границе покрытие-основа, обусловливающий их адгезионнокогезионную связь, выполнен анализ физических причин повышения износостойкости в условиях сухого трения и электроэрозионного изнашивания.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Электроэрозионностойкие покрытия, полученные методом ЭВН, обладают комплексом повышенных свойств и использованы с целью упрочнения медных электрических контактов. Износостойкость контактных поверхностей в условиях сухого трения скольжения после ЭВН покрытий увеличивается в 1,7…2,2 раза, электроэрозионная стойкость в условиях искровой эрозии – до 10-ти раз по сравнению с показателями электротехнической меди марки М00.

2. Выявлены закономерности формирования композиционной структуры покрытий, позволяющие целенаправленно выбирать режимы ЭВН, необходимые для получения заданных свойств.

3. Различная электрокоммутационная аппаратура с напыленными методом ЭВН электроэрозионностойкими покрытиями используется в производственной деятельности предприятий ООО «Лазурит», ООО «Сибирские промышленные технологии», ООО «Ремкомплект», ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», ОАО «Новокузнецкий вагоностроительный завод» и ООО «ВЕСТ 2002».

Достоверность результатов работы определяется корректностью поставленных задач, применением современных приборов и методик физического материаловедения, большим объемом экспериментальных данных, их сопоставлением между собой и с данными других авторов, использованием для их анализа хорошо апробированных теоретических представлений физики конденсированного состояния.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Методика электровзрывного напыления для формирования на медных контактных поверхностях электроэрозионностойких покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu и Ti-B-Cu, обладающих микро- и нанокристаллической структурой, низкой пористостью и высокой адгезионнокогезионной связью с основой.

2. Совокупность экспериментальных данных о морфологии поверхности, строении по глубине, структуре и фазовом составе покрытий систем WCu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu и Ti-B-Cu, сформированных для повышения электроэрозионной стойкости и износостойкости.

3. Модель образования зоны смешивания на границе покрытия с основой и между единичными слоями на основе возникновения гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.

4. Совокупность экспериментальных данных по повышению электроэрозионной и износостойкости в условиях сухого трения скольжения медных контактных поверхностей при формировании композиционных покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu и Ti-B-Cu.

5. Результаты испытаний электровзрывных покрытий в условиях производства, показывающие повышение долговечности электрических контактов различной номенклатуры в несколько раз.

Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, анализе литературных данных, разработке способов ЭВН и их реализации, выполнении структурных исследований и испытаний свойств покрытий, статистической обработке и анализе полученных результатов, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: XVIII и XIX Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов «Физика конденсированного состояния», Гродно, 2010, 2011; Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Волгоград, 2010; VI Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Черноголовка, 2010; 50-й, 51-й Международном научном симпозиуме и конференции «Актуальные проблемы прочности», Витебск, 2010, Харьков, 2011; VI Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций», Оренбург, 2010; IX и X Международной научно-технической Уральской школе-семинаре молодых ученыхметалловедов, Екатеринбург, 2010, 2011; XI и XII Всероссийской молодёжной школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества, Екатеринбург, 2010, 2011; X Международной конференции «Структурные основы модификации материалов», Обнинск, 2011; XVII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск, 2011; VI Всероссийской молодежной научной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тольятти, 2011; V Международной школе «Физическое материаловедение», Тольятти, 2011; Вторых московских чтениях по проблемам прочности, Черноголовка, 2011; VI Всероссийской научнотехнической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2011; IV Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, 2011; научно-техническом семинаре «Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов», Москва, 2011.

Исследования выполнялись в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. по гос. контрактам №№ 14.740.11.1154, 14.740.11.0813, 02.740.11.0538 и грантами РФФИ №№ 11-02-91150-ГФЕН_а, 11-02-12091-офи-м.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 25-ти работах, в том числе в 12-ти статьях, 9 из которых – в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, в 6-ти докладах и в тезисах 2-х докладов на конференциях и других научных мероприятиях, 5-ти патентах на изобретения. Получено 4 положительных решения по заявкам на изобретения.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует п. 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления» паспорта специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния (технические науки).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, приложения и списка литературы, включающего 157 наименований. Диссертация содержит 157 страниц, в том числе 60 рисунков и 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследования, обозначены их научная и практическая значимость, дан обзор содержания диссертации и сформулированы основные результаты, выносимые на защиту.

В первом разделе «Упрочнение электроконтактных поверхностей методами напыления покрытий» представлен краткий обзор современного состояния исследований структуры и фазового состава электроэрозионностойких покрытий, сформированных современными методами напыления с целью упрочнения и защиты электрических контактов. Обоснована актуальность проблемы повышения электроэрозионной стойкости тяжелонагруженных контактных поверхностей. Основное внимание уделено классификации, технологическим и физическим особенностям методов напыления покрытий.

Рассмотрены модельные представления о процессах формирования структуры и свойств покрытий новыми методами. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе «Оборудование, материалы и методики исследований» описана электровзрывная установка ЭВУ 60/10, на которой проводили ЭВН. Емкостный накопитель энергии установки разряжается на взрываемый проводник, закрепляемый на электродах плазменного ускорителя коаксиально-торцевого типа. Образующаяся при электровзрывном разрушении проводника многофазная плазма формируется в струю, являющуюся инструментом воздействия на поверхность. В струе всегда содержатся конденсированные частицы продуктов взрыва и частицы порошковых навесок, вводимые в область взрыва, которые формируют покрытие.

Таблица 1 – Параметры ЭВН покрытий из несмешивающихся компонентов со слоистой структурой Параметры обработки Напыляемые материалы m, мг Фольга Порошок q, ГВт/м 4,1 170 Mo 3,7 150 Cu 4,1 350 Mo 3,7 300 Cu 4,1 5/800 Cu Mo 3,7 175 Cu 4,1 5/900 Cu W 7,6 175 Cu Примечание. Указанные режимы обеспечивают нагрев поверхности до температуры плавления. В числителе указана масса фольги, в знаменателе – масса навески порошка.

В качестве взрываемого проводника использовали фольги металлов, фольги совместно с навесками порошков, композиционный электрически взрываемый материал (КЭВМ) для нанесения покрытий в виде двухслойной фольги с заключенной в ней навеской порошка. Обоснован выбор электротехнической меди марки М00 как основы для проведения исследований, описаны режимы ЭВН электроэрозионностойких покрытий.

Покрытия из несмешивающихся компонентов имели композиционную слоистую или наполненную структуры. Покрытия со слоистой структурой наносили в предплавильных режимах ЭВН (таблица 1). Использовали фольги разной массы. Покрытия с наполненной структурой наносили в режимах, которые обеспечивали оплавление поверхности и перемешивание образующегося на поверхности расплава (таблица 2). Низкоинтенсивному режиму ЭВН с использованием фольг соответствует q = 7,6 ГВт/м2, высокоинтенсивному – 10,0 ГВт/м2 (таблица 2).

Таблица 2 – Параметры ЭВН покрытий с композиционной наполненной структурой Параметры обработки Напыляемые материалы Покрытие m, мг Фольга Порошок КЭВМ q, ГВт/м 6,0 150 Mo 7,6 250 Cu 6,0 150 Mo 10,0 250 Cu из несмешиваю4,5 5/800 Cu Mo щихся компонентов W и Cu, 6,5 175 Cu Mo и Cu 4,5 5/900 Cu W 8,1 175 Cu 4,1 800/800 Mo/Cu 4,1 800/800 W/Cu системы TiB2-Cu с использованием TiB2/Cu 4,1 125/1порошковых навесок диборида титана 5,систем Mo-C-Cu, 6,5 100/10/110 Mo/C/Cu W-C-Cu и Ti-B-Cu, 7,формируемых при 5,электровзрывном 6,5 100/6,5/106,5 W/C/Cu синтезе 7,5,6,90/41 Ti B 7,Примечание. Цветом выделены режимы, обеспечивающие нагрев поверхности до температуры плавления. Через косую указаны напыляемые вещества и их массы.

Исследования структуры покрытий проводили с использованием методов световой (металлографический микроскоп Carl Zeiss AxioObserver A1m) и электронной сканирующей (растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO50) микроскопии, рентгеноструктурного анализа (ARL X’TRA) и оптической интерферометрии (комплекс изучения топографии поверхности Zygo NewViewTM 7300).

Упрочнение поверхности оценивали по улучшению электроэрозионной стойкости и износостойкости в условиях сухого трения скольжения.

В третьем разделе «Структура электровзрывных электроэрозионностойких покрытий систем Mo-Cu и W-Cu» представлены результаты исследования покрытий систем W-Cu и Mo-Cu.

ЭВН покрытий с использованием фольг (рисунок 1). Толщина единичных слоев слоистых покрытий пропорциональна массе фольги. На границах слоев меди и молибдена и молибдена с основой вследствие термосилового воздействия плазменной струи на поверхность, нагреваемую до температуры плавления, формируется волнообразный рельеф, который позволяет увеличивать адгезию. При увеличении интенсивности воздействия на поверхность происходит искажение границ раздела поверхностного слоя с основой и между его отдельными слоями и разрушение слоистой структуры. При этом происходит формирование наполненной структуры (рисунок 1, в–д). В низкоинтенсивном режиме ЭВН в молибденовой матрице наблюдаются глобулярные включения меди размерами 30…200 нм (рисунок 1, г). Размер отдельных включений достигает 1 мкм.

а, б – покрытие со слоистой структурой; в, г – покрытие с наполненной структурой при ЭВН в низкоинтенсивном режиме; д – покрытие с наполненной структурой при ЭВН в высокоинтенсивном режиме;

е – зона проникновения молибдена в медь на границе с медной основой.

Прямые шлифы Рисунок 1 – Характерное изображение структуры композиционных покрытий Mo-Cu, сформированных с использованием фольг.

Сканирующая электронная микроскопия При обработке образцов в высокоинтенсивном режиме ЭВН формируются слои с композиционной наполненной структурой на основе молибдена и меди, в которой размер медных включений достигает 2 мкм (рисунок 1, д).

Видно, что в этом случае они не выкрашиваются из матрицы, что способствует улучшению электроэрозионной стойкости поверхностных слоев. На их границе с основой образуется зона смешивания молибдена и меди, в которой наблюдается образование изолированных включений молибдена субмикронных размеров в медной матрице.

ЭВН покрытий с использованием порошков W или Mo (рисунок 2). Особенности границ покрытий со слоистой структурой аналогичны случаю ЭВН с использованием фольги Mo.

При увеличении поглощаемой плотности мощности при напылении меди на поверхность предварительно напыленного единичного слоя молибдена формируется структура, образованная глобулярными включениями молибдена размерами около 2 мкм в медной матрице (рисунок 2, б). Наблюдаются также субмикронные включения молибдена. В случае аналогичной обработки единичного слоя вольфрама формируется структура, образованная глобулярными включениями вольфрама размерами около 2 мкм в медной матрице (рисунок 2, д).

а – Mo-Cu покрытие со слоистой структурой (прямой шлиф); б – Mo-Cu покрытие с наполненной структурой (прямой шлиф); в – Mo-Cu граница покрытия с основой (косой шлиф); г – W-Cu покрытие со слоистой структурой (прямой шлиф); д – W-Cu покрытие с наполненной структурой (прямой шлиф); е – W-Cu граница покрытия с основой (косой шлиф) Рисунок 2 – Характерное изображение структуры покрытий из несмешивающихся компонентов. Сканирующая электронная микроскопия Важной особенностью обработки является проникновение отдельных частиц вольфрама и молибдена в основу на глубину до нескольких микрометров (рисунок 2, в, е). Толщина покрытий может быль любой и зависит от условий эксплуатации конкретной номенклатуры упрочняемых деталей.

При ЭВН слоистых покрытий фольгами на поверхности формируются сравнительно гладкие области неправильной формы. При ЭВН слоистых покрытий порошками наблюдаются области с развитым рельефом, образованные частицами порошков.

При формировании композиционных наполненных покрытий на поверхности выделяются хаотически расположенные сравнительно гладкие области неправильной формы и области с развитым рельефом, образованные частицами глобулярной формы размерами в пределах от 0,5 до 20 мкм, суммарная площадь которых составляет 25 и 75 % соответственно. Относительное содержание меди в областях с развитым рельефом ниже, чем в областях с гладким рельефом. На основании этого можно считать, что области с гладким рельефом образованы преимущественно конденсированными частицами продуктов взрыва медной фольги, а области с грубым рельефом – продуктами порошков для ЭВН.

Четвертый раздел «Электровзрывное напыление электроэрозионностойких покрытий системы TiB2-Cu с использованием порошка TiB2» посвящен анализу ЭВН покрытий с композиционной наполненной структурой «медная матрица-диборид титана».

а – композиционная наполненная структура ; б – наложение карт распределения титана и меди для фото (а); в – граница покрытия с основой;

г – общий вид сечения покрытия; д – карта распределения титана;

е – карта распределения меди (q = 4,5 ГВт/м2), прямой шлиф Рисунок 3 – Характерное изображение покрытия системы TiB2-Cu с композиционной наполненной структурой.

Сканирующая электронная микроскопия При ЭВН покрытий системы TiB2-Cu с использованием порошка TiBвыделены три характерные морфологические составляющие структуры, формирующие микрорельеф поверхности покрытия: субмикрокристаллические частицы порошка TiB2, используемого для ЭВН; сравнительно гладкие области на основе TiB2 и меди, содержащие субмикрокристаллические включения TiB2; конгломераты частиц TiB2 и меди глобулярной морфологии.

Структура поперечных сечений покрытий не содержит пор и представляет собой медную матрицу с включениями TiB2, размеры которых изменяются в пределах от 1 до 10 мкм (рисунок 3). Наблюдаются также субмикронные включения TiB2. Диборид титана и медь распределены по объему покрытий примерно в равном соотношении. Перекристаллизации частиц TiB2 в покрытии с образованием других фаз не происходит (рисунок 4), что обеспечивает максимальные электроэрозионные свойства таких покрытий.

а и б – ЭВН одного и трех единичных слоев Рисунок 4 – Фрагменты дифрактограмм покрытий системы TiB2-Cu В пятом разделе «Структура электровзрывных композиционных покрытий систем Mo-С-Cu,W-С-Cu и Ti-Cu-B, сформированных с использованием синтеза новых фаз» представлены результаты исследования псевдосплавных покрытий систем Mo-Cu и W-Cu, упрочненных синтезированными при ЭВН карбидами молибдена и вольфрама соответственно, а также покрытия системы Ti-B-Cu.

Композиционные покрытия системы Mo-C-Cu имеют микрокристаллическую композиционную наполненную структуру. Их фазовый состав образован псевдосплавом молибдена и меди и включениями синтезированных при напылении карбидов MoC и Mo2C. Увеличение параметров термосилового воздействия на облучаемую поверхность приводит к увеличению содержания карбидов в покрытии. Важной особенностью обработки является проникновение отдельных частиц молибдена и его карбидов в основу на глубину до нескольких микрометров.

Сформированы композиционные покрытия с наполненной структурой, состоящие из псевдосплава вольфрама, меди и включений карбидов вольфрама -W2C, WC1-х, WC, синтезированных при напылении.

а – распределение неровностей рельефа по высоте; б – положение секущей (вид сверху); в – распределение неровностей вдоль базовой длины;

г – объемная модель поверхности Рисунок 5 – Рельеф поверхности композиционных покрытий системы Mo-C-Cu с наполненной структурой. Оптическая интерферометрия Сформированы покрытия, содержащие бориды титана TiB2, Ti2B, Ti3B4, TiB и медь.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra для базовой поверхности покрытий, напыленных в предплавильных режимах составляет 2,0…3,2 мкм, в режимах с оплавлением поверхности – 2,6…4,1 мкм.

Шероховатость сформированных электровзрывных композиционных покрытий приемлема для практического использования.

Шестой раздел «Свойстваэлектровзрывных покрытий на медных контактных поверхностях» посвящен анализу свойств покрытий, механизмов формирования зоны смешивания на границе покрытие-основа и практического использования результатов диссертации.

Характерной особенностью всех покрытий является формирование зоны смешивания на границе раздела электровзрывных покрытий с основой и между единичными слоями покрытий. Предложена модель ее образования, основанная на представлении о возникновении гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца границ раздела и турбулентного течения расплава. Согласно результатам моделирования глубина зоны смешивания составляет величину до 10 мкм, что согласуется с экспериментальными данными.

При использовании электроконтактных композиционных покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, Ti-B-Cu и W-C-Cu износостойкость в условиях сухого трения скольжения без смазки по сравнению с износостойкостью электротехнической меди марки М00 увеличивается в 1,7…2,2 раза. В процессе ускоренных испытаний на электроэрозионную стойкость в условиях дуговой эрозии покрытия разрушаются с образованием кратеров эрозии. Дополнительное повышение электроэрозионной стойкости достигается путем увеличения толщины покрытий при повторном ЭВН единичных слоев покрытия. В процессе ускоренных испытаний на электроэрозионную стойкость в условиях искровой эрозии покрытия с композиционной наполненной структурой всех систем показывают ее увеличение примерно в 10 раз.

Различные устройства с напыленными методом ЭВН электроэрозионностойкими покрытиями используются в производственной деятельности ООО «Лазурит», ООО «Сибирские промышленные технологии», ООО «Ремкомплект», ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», ОАО «Новокузнецкий вагоностроительный завод» и ООО «ВЕСТ 2002». На предприятии ООО «Сибирские промышленные технологии» проведена опытно-промышленная апробация результатов диссертации для упрочнения пальцевых, розеточных и пластинчатых контактов, применяемых в аппаратах напряжением выше 1000 В на различные токи, а также торцевых контактов на напряжение 110 кВ и выше и токи не более 1,0…1,5 кА. Результаты испытаний позволяют рекомендовать ЭВН контактов в условиях производства. Результаты по формированию нанокомпозитных электроэрозионностойких покрытий представляют практический интерес и используются в производстве ООО «Ремкомплект» для упрочнения контактов пускателей марок ПВИ-320А, ПВ1140-225, ПВ1140263 и ПВ1140-250. Результаты диссертации прошли опытно-промышленную апробацию на ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» при защите поверхности контактов контакторов серии КМ, а также контактов пускателей серии ПАЕ, используемых на предприятиях ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Технология ЭВН электроэрозионностойких покрытий успешно используется на ОАО «ВЕСТ 2002» для восстановления и защиты коммутирующих контактов силовых контроллеров КС304, КС-305 силового шахтного оборудования.

В заключении перечислены основные результаты исследования, отмечены перспективные направления дальнейшей работы.

В приложении приведены справки о практическом использовании результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Разработана методика электровзрывного напыления микро- и нанокристаллических покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu, Ti-B-Cu или со слоистой, или с наполненной структурой.

2. Определен комплекс характеристик топографии поверхности покрытий – параметры шероховатости Ra, Rmax, Sm. Рельеф поверхности слоистых покрытий и покрытий систем W-Cu, Mo-Cu, W-C-Cu, Mo-C-Cu с наполненной структурой имеет параметр шероховатости Ra = 2,0…2,5 мкм. Значения Ra покрытий систем W-Cu, Mo-Cu и Ti-B-Cu составляют 2,5…3,0 мкм.

Наибольшие значения Ra = 3,0…4,0 мкм имеют покрытия системы Mo-Cu с наполненной нанокристаллической структурой.

3. При напылении единичных слоев покрытий их толщина достигает 140 мкм, при последовательном напылении нескольких слоев максимальная толщина сформированных покрытий составляет 2 мм.

4. Фазовый состав покрытий, содержащих химически взаимодействующие компоненты Mo и C, W и C, Ti и B, образован упрочняющими износо- и электроэрозионностойкими фазами – карбидами и боридами MoC и Mo2C, W2C, WC1-х, WC, TiB2, Ti2B, Ti3B4 и TiB.

5. Характерной особенностью всех покрытий является формирование зоны смешивания на границе раздела покрытие-основа и между отдельными слоями покрытия, обуславливающей их когезионно-адгезионную связь друг с другом. Предложена модель образования зоны смешивания, основанная на возникновении гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца границы раздела и турбулентного течения расплава.

6. Износостойкость покрытий с наполненной структурой в условиях сухого трения скольжения без смазки увеличивается в 1,7…2,2 раза, а электроэрозионная стойкость в условиях искровой эрозии – в 9…10 раз по сравнению с электротехнической медью М00.

7. Результаты работы практически используются для упрочнения медных электрических контактов различной электротехнической аппаратуры.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ 1. Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е. Рельеф поверхности и структура электровзрывных композиционных поверхностных слоев системы молибден-медь // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исследования. – 2011. – № 11. – С. 95–100.

2. Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е. Рельеф поверхности и структура композиционных поверхностных слоев систем W-Cu и Mo-Cu, сформированных электровзрывным способом // Физика и химия обраб. материалов – 2011. – № 5. – С. 51–55.

3. Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е. Рельеф поверхности и структура псевдосплавных покрытий системы молибден-медь, сформированных электровзрывным способом // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2011.

– № 10. – С. 19–21.

4. Формирование электроконтактных поверхностных слоев системы W-C-Cu с использованием модернизированной электровзрывной установки ЭВУ 60/10М / Д.А. Романов, Ю.Д. Жмакин, Е.А. Будовских и др. // Фундам. проблемы соврем. материаловедения. – 2011. – Т. 8. – № 2. – С. 19–23.

5. Электровзрывное напыление электроэрозионностойких покрытий системы Ti-B-Cu / Д.А. Романов, Е.А. Будовских, А.В. Ионина, В.Е. Громов // Фундам.

проблемы соврем. материаловедения. – 2011. – Т. 8. – № 4. С. 60–64.

6. Автоматизированная электровзрывная установка для повышения эксплуатационных характеристик материалов / Ю.Д. Жмакин, Д.А. Романов, Е.А. Будовских и др. // Пром. энергетика. – 2011. – № 6. – С. 22–7. Опыт и перспективы использования электровзрывной установки ЭВУ 60/для модификации поверхности материалов / Д.А. Романов, Е.А. Будовских, Ю.Д. Жмакин, В.Е. Громов // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 2011. – № 6. – С.

20–24.

8. Romanov D.A., Budovskikh E.A., Gromov V.E. Surface Relief and Structure of Electroexplosive Composite Surface Layers of the Molybdenum–Copper System // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques – 2011. – Vol. 5. – No. 6. – P. 1112–1117 (перевод [1]).

9. Анализ особенностей формирования структуры электровзрывных покрытий на границе с основой / С.Г. Молотков, Д.А. Романов, Е.А. Будовских, А.Ф. Софрошенков // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 2012. – № 2. – С. 69–70.

Патенты на изобретения 1. Патент РФ № 2404493 на изобретение «Электротехническое соединительное изделие» / Будовских Е.А., Романов Д.А.; заявл. 14.12.2009; опубл.

20.11.2010. Бюл. № 32. 7 с.

2. Патент РФ № 2422555 на изобретение «Способ электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности» / Будовских Е.А., Романов Д.А.; заявл. 14.12.2009; опубл. 27.06.2011. Бюл. № 18. 7 с.

3. Патент РФ № 2438217 на изобретение «Электрический наконечник» / Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е.; заявл. 18.10.2010; опубл.

27.12.2011. Бюл. № 36. 8 с.

4. Патент РФ № 2436863 на изобретение «Способ нанесения псевдосплавного молибден-медного покрытия на медную контактную поверхность» / Будовских Е.А., Громов В.Е., Романов Д.А.; заявл. 02.03.2010; опубл. 20.12.2011.

Бюл. № 35. 8 с.

5. Патент РФ № 2436864 на изобретение «Способ нанесения композиционного ламинатного молибден-медного покрытия на медную контактную поверхность» / Будовских Е.А., Романов Д.А., Громов В.Е.; заявл. 01.04.2010; опубл.

20.12.2011, Бюл. № 35. 7 с.

Глава в монографии 1. Особенности формирования электровзрывных поверхностных слоев металлов электротехнического назначения / Д.А. Романов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов // Формирование структурно-фазовых состояний металлов и сплавов при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке / Под ред. В.Е. Громова. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2011. С. 41–67.

Изд.лиц. № 01439 от 05.04.2000. Подписано в печать 25 апреля 20Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Усл. печ. л. 0,99 Уч. изд. л. 1,10 Тираж 100 экз. Заказ 2Сибирский государственный индустриальный университет.

654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, Издательский центр СибГИУ




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.