close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Модифицирование поверхности электрических контактов из сплава Cu-30Cr.

код для вставкиСкачать
Вестник ТГУ, т.15, вып.3, 2010
УДК 539.3
МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
ИЗ СПЛАВА Cu-30%Cr
©В.П. Коржов
Институт физики твёрдого тела РАН, г. Черноголовка, Россия, e-mail: korzhov@issp.ac.ru
Ключевые слова: порошковая заготовка; поверхностный слой; литая структура; дендритные выделения; поверхностное натяжение.
Испытан способ образования на поверхности спеченной CuCr-заготовки слоя с литой структурой, заключающийся
в нагреве заготовки в условиях, когда, помещенная в тигель, она со всех сторон засыпалась порошком Al2O3.
Введение и цель работы. Структура сплавов Cu(30-50) масс.%Cr, спеченных из порошков, представляет собой матрицу из твердого раствора хрома в меди с
более или менее равномерно расположенными в ней
частицами Cr-порошка. Чтобы не вносить в сплав
большого количества кислорода, применяются обычно
крупные порошки хрома дисперсностью от 30 до
150 мкм. Предпочтительна же структура с более однородными по размерам и прочно сцепленными с матрицей выделениями хрома. Таким условиям удовлетворяет литая структура.
Поэтому в представленной работе под модифицированием поверхности сплава Cu-30%Cr подразумевалось изменение структуры его поверхностного слоя, в
результате которого образовывалась бы литая структура с дендритными выделениями хрома. Испытывался
способ нагрева спеченной заготовки до температур,
значительно превышающих температуру плавления
меди, в условиях, когда заготовка, помещенная в тигель, была бы со всех сторон окружена порошком из
тугоплавкого и инертного, по отношению к сплаву,
материала. Таким материалом был крупнокристаллический порошок окиси алюминия. В результате такой
процедуры при правильно выбранных режимах нагрева, выдержки и охлаждения на поверхности спеченной
заготовки ожидалось образование слоя с искомой
структурой, распространяющегося на глубину от нескольких десятых долей миллиметра до 1–2 мм без
нарушения спеченной структуры сплава в остальном
объеме.
Для экспериментов использовались заготовки диаметром 50 и толщиной ~5 мм из сплава Cu-30%Cr, полученные прессованием порошковой смеси состава
70%Cu + 30%Cr и термообработкой в потоке водорода
чистотой 99.999% по режиму: 350°С, 3 ч + 950°С, 5 ч.
Типичная структура спеченных заготовок показана на
рис. 1.
Согласно диаграмме состояния Cu-Cr, при температурах выше температуры плавления меди заготовка
находилась частично в расплавленном состоянии и,
казалось бы, должна была потерять форму диска.
Рис. 1. Структура заготовки из сплава Cu-30%Cr
Эксперимент. Заготовка Cu30Cr помещалась в
графитовую изложницу, на дне которой находился
слой из порошка Al2O3 толщиной 5-6 мм, и затем полностью засыпалась тем же порошком. Нагревы производились до температур в интервале от 1200 до 1700 °С. При
достижении выбранной температуры делалась выдержка в течение 1 ч.
Микроструктуры поперечных сечений заготовок
после нагрева до температур, превышающих температуру плавления меди, показаны на рис. 2. Структура
заготовок с 1-часовой выдержкой при температурах до
1600 °С отличалась от микроструктуры такой же заготовки без нагрева (см. рис. 1) тем, что зерна хрома становились более округлой формы. Это свидетельствовало о частичном их растворении в меди. Строго говоря,
структура сплавов в этом случае состояла из матрицы,
943
Вестник ТГУ, т.15, вып.3, 2010
а)
б)
в)
Рис. 4. Микроструктура спеченных заготовок из сплава Cu-30%Cr после нагрева до 1600 (а), 1700 (б) и 1650°С (в). Время выдержки – 1 ч
представляющей собой эвтектику, которая, согласно
диаграмме состояния, содержала 1,28%Cr и мелкодисперсных частиц вторичного хрома, который выделялся
уже в твердом сплаве при охлаждении в области ниже
эвтектической температуры.
Лишь после выдержки при 1700°С структура сплава
по всему объему заготовки характеризовалась как литая, о чем свидетельствовали дендритные включения
хрома в матрице (рис. 2, б).
Поверхностный слой сплава с литой структурой был получен после нагрева до 1650 °С. Причем
расплавленный слой находился на поверхности заготовки, обращенной к дну графитовой изложницы. Судя
по дендритной форме включений хрома (рис. 2, в),
нижняя поверхность заготовки была полностью расплавленной. Толщина слоя с литой структурой составила ~2 мм. Видно, что остальной объем обладал
структурой без дендритных включений хрома. Модифицированная поверхность заготовки имела шероховатость, которая легко удалялась простой механической
обработкой на токарном станке.
Анализ результатов и их обсуждение. По диаграмме состояния Cu-Cr сплав меди с 30 % хрома при
температурах выше температуры эвтектического превращения, но ниже точки ликвидуса состоит из жидкости, представляющей собой взаимный раствор меди и
хрома, состав которого зависит от температуры, но
меньше, чем 30 %, и твердого хрома. В процессе охлаждения сплава до эвтектической температуры хрому
было выгоднее выделяться на нерастворенных включениях хрома, а не в виде дендритов. В структуре таких
заготовок дендритные выделения не наблюдались.
Чем меньше был размер частиц хрома, тем быстрей
они растворялись в жидкости без остатка. Этим объяснялось уменьшение числа мелких зерен хрома по мере
увеличения температуры нагрева.
Образование дендритов хрома происходило в заготовке, нагревавшейся до температуры 1700 °С, что
выше точки ликвидуса. Это могло произойти в резуль-
944
тате охлаждения и кристаллизации сплава после того,
как практически весь хром растворился в жидкости.
Сохранение заготовкой своей формы обусловливалось соотношением её веса и силы поверхностного
натяжения. В поле сил земного тяготения жидкость,
предоставленная самой себе, принимает форму, соответствующую минимуму суммарной энергии – энергии
в поле сил тяготения и поверхностной энергии. При
увеличении размеров тела объем (или вес) растет как
куб, а поверхность (или сила поверхностного натяжения) лишь как квадрат линейных размеров. Поэтому
пропорциональная объему тела энергия в поле сил земного тяготения изменяется с размерами тела быстрее,
чем поверхностная энергия. При малых объемах жидкости преобладающую роль играет поверхностная
энергия, вследствие чего они имеют форму, близкую
сферической. Большие массы жидкостей должны
сплющиваться или принимать форму сосуда. Вес заготовок значительно превалировал над силой поверхностного натяжения, а порошок Al2O3, создавая «гидростатические» условия, не давал расплаву растечься и
принять форму изложницы. Вес заготовки диаметром
50 мм и толщиной 5,5 мм равен ~0,1 кгс. Несложный
расчет показывает, что для того, чтобы жидкость с
таким весом, предоставленная самой себе, приняла
форму шара, радиус которого должен быть равен
~14 мм, жидкость должна иметь очень большой коэффициент поверхностного натяжения, равный 11,2 Н/м.
Коэффициент же поверхностного натяжения меди при
1080°С равен 1,351 Н/м, что более чем в 8 раз меньше.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Korzhov V.P. Surface modification of electric Cu-30%Cr alloy contacts.
Method of formation of layer with casting structure on a surface of a sintered Cu-Cr billet at the condition, when it is spaced
into the crucible and filled around by Al2O3-powder, was tested.
Key words: powder billet; surface layer; casting structure;
dendrite precipitations; surface tension.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
1 020 Кб
Теги
сплави, электрический, контактов, модифицированные, 30cr, поверхности
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа