Синтез композиционных карбидсодержащих медных сплавов воздействием на жидкую матрицу низкочастотными колебаниями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Гойда, Эдуард Юрьевич

• Гойда, Эдуард Юрьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Гойда, Эдуард Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Композиционные материалы на основе металлов: получение, структура, физико-химические и механические свойства

1.1. Понятие композиционных материалов, их характеристики и классификация

1.2. Композиционные материалы электротехнического назначения. Выбор матрицы и упрочняющих фаз

1.2.1. Медь как матрица композиционного материала

1.2.2. Карбиды, как упрочняющая фаза композиционного материала

1.2.3. Взаимодействие углерода и расплавов тугоплавких переходных металлов

1.2.4. Состояние вопроса по технологиям получения и свойствам композиционных материалов электротехнического назначения

Выводы и задачи исследования

2. Методы получения и исследования структуры и свойств композиционных сплавов

2.1. Установка для получения литых композиционных материалов и условия проведения экспериментов

2.2. Методы изучения структуры и свойств композиционных

сплавов

Выводы по главе

3. Синтез, структура, физико-химические и прочностные свойства литых композиционных сплавов системы Си-ЫЬ-С

3.1. Диаграммы состояния систем Си-М) и №>-С

3.2. Сплавы Си-ЫЬ

3.3. Сплавы Си-1МЪС замешиванием карбида

3.4. Синтез карбидов ниобия в медных расплавах ш-бИлл технологией

Выводы по главе

4. Синтез, структура, физико-химические и прочностные свойства литых композиционных сплавов систем и Си-\¥-\УС

4.1. Фазовые диаграммы состояния системы Си-\¥ и \У-С

4.2. Сплавы Си-\¥С

4.3. Сплавы Си-\\М¥С

Выводы по главе

5. Синтез, структура, физико-химические и прочностные свойства литых композиционных сплавов системы Си-Сг-Сг3С2

5.1. Диаграммы состояния систем Си-Сг и Сг-С

5.2. Сплавы Си-Сг

5.3. Сплавы Си-Сг3С2

5.4. Влияние времени обработки расплавов низкочастотными колебаниями на размер конгломератов Сг3С2 в Си-матрице

5.5. Сплавы Си-Сг-Сг3С2

5.6. Синтез карбидов хрома в расплаве меди

5.7. Упрочнение хромовой бронзы БрХ1 карбидами хрома

Выводы по главе

Общие выводы по работе

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез композиционных карбидсодержащих медных сплавов воздействием на жидкую матрицу низкочастотными колебаниями»

Введение

Актуальность темы исследования. В последние годы прогресс промышленности, неразрывно связанный с разработкой новых материалов, повышает спрос на создание новых высокопрочных композиционных материалов, надежно работающих в экстремальных условиях воздействия агрессивных сред, высоких давлений и температур. Такие материалы должны отвечать многим требованиям, сочетать в себе разные физико-механические свойства, иметь долгий срок эксплуатации. Перспективным решением является создание таких композиционных материалов, в основе которых лежит модель армированной гетерофазной структуры. В настоящее время такие композиты получают в основном порошковой металлургией. Стоимость их получения относительно высокая и связана, в основном, со сложностью технологического процесса, который является многостадийным, энергозатратным и длительным во времени.

Известным способом упрочнения металла является дисперсионное твердение, когда в процессе распада пересыщенного твердого раствора выделяются мелкодисперсные фазовые составляющие от нано- до микроразмеров. Однако рабочие температуры дисперсионно-твердеющих сплавов не должны превышать (0,6...0,7)Т11Л, т.к. упрочнение, вызванное термовременной обработкой и старением, практически полностью снимается из-за рекристаллизации матрицы и коагуляции фаз-упрочнителей.

Более высокой жаропрочностью обладают дисперсно-упрочненные сплавы, т.е. сплавы, упрочненные термически стабильными частицами, например, оксидами, карбидами, нитридами. Роль упрочняющей фазы состоит в формировании дислокационной структуры и в ее стабилизации при высоких температурах.

Одним из наиболее эффективных методов получения сплавов данного класса считается внутреннее окисление, включающее в себя операции выплавки сплава заданного состава, получения из него тонкодисперсных порошков, их

окисление до заданной степени, компактирование, пластическую деформацию (волочение, прокатка) экструдированных заготовок в различных температурных интервалах. Таким способом получают, например, сплавы на основе меди, работающие при температурах до 1000°С. Однако этот способ получения композитов требует больших энерго-временных затрат [1].

В поисках более простых и дешевых технологий ведутся единичные исследования по внедрению в расплавы наноразмерных керамических частиц введением, например, их в разливочный ковш или в изложницу [2]. Однако полученные структуры крайне неоднородны. Отметим, что во всех исследованиях по использованию технологий введения частиц в расплав извне отмечаются трудности, обусловленные свойствами непосредственно наночастиц, главным образом, это — короткое время их существования, плохая смачиваемость расплавом, склонность к образованию крупных конгломератов. Поэтому проводятся работы по осуществлению реакций синтеза таких частиц непосредственно в расплаве (реакционное литье), что способствует получению беспористой межфазной границы и изначальному разделению частиц матричным металлом [3, 93, 94, 95]. Однако и в этом случае сохраняется проблема обеспечения равномерного распределения частиц в объеме расплава, что требует проведения дополнительных мероприятий.

Анализ получаемых результатов приводит к выводу, что наиболее перспективным и реально осуществимым направлением в достижении значительных показателей прочности композиционных материалов является упрочнение металлической матрицы комбинациями различных способов, взаимодополняющих друг друга и приводящих к получению сплавов с необходимыми свойствами технологии (каскадное или эстафетное упрочнение). Например, разрабатываются технологии высокоэнергетического смешения порошка металла с наночастицами упрочняющих фаз с последующим прессованием, спеканием и интенсивной пластической деформацией. Однако таких технологий наноструктурирования металла немного, а их анализ

свидетельствует об их сложности, многозвенности и, соответственно, высокой стоимости.

В настоящее время интенсивно изучаются и внедряются в промышленности жидкофазные методы получения композиционных материалов, что особенно важно для составов с небольшим содержанием упрочняющей фазы.

При этом знания как о взаимодействии упрочняющих фаз с расплавом матрицы, так и при экстремальных условиях эксплуатации композиционных сплавов (вибрация, повышенное давление и др.) необходимы для определения их областей применения и выбора материалов с нужным комплексом физико-химических свойств. Замешивание в расплав упрочнителя позволит получить из свободно текущей суспензии фасонные отливки по обычным литейным технологиям. На этом пути проблемы получения однородного распределения в сплаве упрочняющей фазы, борьбы с плохим смачиванием и тенденциями к конгломератам предложено решать кратковременной низкочастотной обработкой расплавов [3].

Целью диссертационной работы было получение по литейной технологии композиционных материалов «Си-переходный металл (Сг, XV, ЫЬ) - карбиды С г, №>, XV - графит», содержащих углерод в скрытой форме (инконгруентно плавящиеся карбиды СГ3С2, АУС) и/или чистого графита для электроконтактов низковольтной аппаратуры с необходимым уровнем функциональных свойств.

В диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

- изучить химическое взаимодействие в системах «расплав Си - карбиды Сг, XV, МЬ», «расплав Си-переходный металл(Сг, N5) - графит», «Си-\¥-карбид XV» и влияние на него низкочастотных колебаний;

- синтезировать литые композиционные сплавы в системах Си-МеС и Си-Ме-С, где Ме-переходные металлы Сг, и № (до 1%) при усложнении состава композитов Си-Ме —> Си-МеС —» Си-Ме-С —> Си-Ме-МехСу-С, содержащие

углерод в скрытой форме (инконгруентно плавящиеся карбиды Сг3С2, и/или в виде включений чистого графита в центре структурных комплексов «ядро(графит)-оболочка(карбид)», с применением кратковременной механоактивации расплавов низкочастотными колебаниями;

обеспечить необходимый уровень функциональных свойств композиционных сплавов для электроконтактных материалов низковольтной аппаратуры оптимизацией элементного и фазового состава, способа синтеза и термообработки полученных литых композитов.

Научная новизна:

1. Впервые изучено химическое взаимодействие карбидов Сг, N5 с расплавом меди в сплавах с высоким содержанием карбидных фаз и влияние на него НЧК.

2. Впервые изучены процессы синтеза карбидов Сг и N6 в расплавах Си, Си-Сг, Си-КГЬ при внедрении в них порошков Сг, №> и графита, а также влияние на них НЧК.

3. Показаны возможности управления составом гетерогенных фаз и морфологией образующихся карбидов (в виде самостоятельных фаз различного состава или в виде оболочки на частицах графита при необходимости его сохранения в литом сплаве).

4. Получены функциональные литые композиционные сплавы «Си-переходный металл (Сг, XV, ЫЬ) - карбиды Сг, №>», содержащие углерод в скрытой форме (инконгруентно плвавящиеся карбиды Сг3С2, \УС) и/или чистого графита центре структурных комплексов «ядро(графит)-оболочка (карбид)», для электроконтактных материалов низковольтной аппаратуры. Сплавы обладают повышенными значениями электропроводности, твердости и дугостойкости по сравнению с исходной медью.

5. Разработанный способ получения композитов является альтернативой известным и характеризуется простотой и кратковременностью.

Практическая значимость работы. Полученные сведения по структуре и физико-химическим и механическим свойствам литых композиционных сплавов на основе меди, содержащих тугоплавкие карбиды и свободный углерод, позволяют рекомендовать их в качестве перспективных материалов для работы разрывных электроконтактов низковольтной аппаратуры.

Методология и методы исследования. Задачу упрощения технологического процесса получения дугостойких углеродсодержащих композитов при одновременном повышении их функциональных свойств за счет снижения пористости материалов впервые предполагается решать применением кратковременного воздействия низкочастных колебаний (НЧК) на расплав меди при внедрении в него карбидов, графитовых частиц и карбидообразующих элементов.

Исследования были проведены на современном научном уровне с использованием методов: рентгеноспектральный и рентгенофазовый анализы, сканирующая электронная и оптическая микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, четырехзондовое определение удельного электросопротивления, измерения твердости по Бриннелю и Виккерсу, низкочастотная обработка расплавов. В исследованиях использовали оборудование ЦКП «Урал-М» ИМЕТ УрО РАН.

Достоверность научных результатов и выводов обеспечивается воспроизводимостью результатов опытов, согласованием их с известными литературными данными, применением комплекса современных методов исследования и использованием современных приборов анализа состава, структуры и свойств материалов.

Работа выполнена в соответствии с программой Президиума РАН «Разработка методов получения материалов с повышенными функциональными свойствами», по конкурсным проектам ИМЕТ УрО РАН, по междисциплинарному проекту фундаментальных исследований УрО РАН № 12-М-23-2043, по интеграционному проекту фундаментальных исследований УрО РАН и СО РАН № 12-С-3-1005.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на: XIII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» (Екатеринбург, 2011 г.); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011 г.); XI и XII Российских семинарах «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов» (Курган, 2012, 2014 г.); 4й международной конференции «Фундаментальные основы механохимических технологий» (Новосибирск, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 научных работ: 7 статей в рецензируемых журналах по перечню ВАК РФ, 9 статей в изданиях и сборниках научных трудов конференций. Подана заявка на изобретение «Способ получения композиционного материала на основе меди для электрических контактов». Получен приоритет №2014124082/02(039271) от 11.06.2014 г.

Личный вклад автора. Изучение литературы по тематике работы, планирование и проведение экспериментов, обработка их результатов, подготовка публикаций.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность кандидату химических наук, старшему научному сотруднику лаборатории физхимии металлургических расплавов ИМЕТ УрО РАН Л.Е. Бодровой за помощь в работе над диссертацией: постановка экспериментов, их анализ и обсуждение результатов.

1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ: ПОЛУЧЕНИЕ, СТРУКТУРА, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1.1 Понятие композиционных материалов, их характеристики и

классификация

Композиционными материалами (КМ) или композитами называют объемные гетерогенные системы, состоящие из сильно различающихся по свойствам и взаимно нерастворимых компонентов, в которых используются преимущества каждого компонента [4]. Одним из компонентов КМ является непрерывная фаза, называемая матрицей, в которой распределены нерастворимые в ней материалы другой природы (армирующие или наполнители) [5, 6].

КМ имеют заданное сочетание различных свойств: высокая удельная прочность и жесткость, износостойкость, жаропрочность, теплозащитные свойства и др. Набор вышеупомянутых свойств, которыми обладают КМ, невозможно получить при использовании обычных материалов. Применением КМ можно создавать принципиально новые конструкции.

За последние десять лет опубликован ряд отечественных и зарубежных работ, в которых исследователи рассматривают композиционные материалы [4, 7, 8], выделяя в них несколько основных признаков:

1) свойства материала отличны от свойств его компонентов, взятых отдельно;

2) материал является искусственно созданным изделием, чем обуславливает свое отсутствие в природе в естественном виде;

3) наличие в материале двух и более компонентов, отличающихся по химическому составу и разделенных ярко выраженной границей раздела фаз;

4) распределение компонентов в композиционном материале, его состав и форма заранее планируется;

5) свойства композиционного материала определяются присутствием компонентов в достаточном количестве.

Композиционные материалы различаются по природе матрицы, по геометрии армирующих компонентов, по распределению компонентов (схеме армирования). По геометрии армирующих компонентов КМ делятся на порошковые, в которых используются наполнители в виде дисперсных порошков или гранул, волокнистые, армированные непрерывными или дискретными волокнами, в том числе нитевидными монокристаллами, и слоистые (пластинчатые) [9].

В зависимости от расположения армирующего компонента в материале КМ могут быть изотропными, т.е. имеют одинаковые свойства во всех направлениях (дисперсно-упрочненные сплавы, хаотично армированные КМ), и анизотропными, свойства которых зависят от направления. Когда хаотично армированные КМ упрочняются дискретными частицами игольчатой формы, ориентированными в пространстве случайным образом, в этом случае КМ получаются квазиизотропными, т.е. изотропны в объеме, но анизотропны в микрообъемах всего материала.

Дисперсно-упрочненные сплавы. В дисперсно-упрочненных КМ в матрицу обычно введены искусственным путем тонкодисперсные, равномерно распределенные на заданном расстоянии друг от друга тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и др., не взаимодействующие с металлической основой при высоких рабочих температурах и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз [10]. Прочность КМ растет за счет уменьшения размера частиц наполнителя и расстояния между ними. Основным несущим элементом в дисперсно-упрочненных КМ является матрица [4].

Механизм упрочнения дисперсно-упрочненных сплавов почти не отличается от классических стареющих сплавов. В последних свойства определяются физико-химическими процессами распада пересыщенных твердых растворов и зависят от температурно-временных режимов старения, в то время как в дисперсно-упрочненных сплавах свойства зависят от фазовых соотношений между матрицей и упрочняющими частицами, которые задаются на стадии их изготовления.

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений, которые не взаимодействуют с медью и не растворяются в ней вплоть до Тплаи, обеспечивает как сохранение микрогетерогенного строения, так и длительную работоспособность материалов до 0,9...0,95 ТШ1 [10].

Геометрические факторы структуры определяют эффективность упрочняющего действия частиц второй фазы, стабильной в контакте с металлической матрицей. Максимальный эффект упрочнения получается при достаточно небольших размерах частиц упрочняющей фазы (0,01...0,05 мкм) [10]. Среднее расстояние между частицами должно составлять 0,1...0,5 мкм при условии равномерного распределения их в матрице [11, 12].

При выборе упрочняющих фаз обращают внимание на стабильности этих фаз в контакте с матрицей. В этом случае обеспечивается малое изменение межчастичного расстояния или постоянство его, определяющие прочность сплавов. Высокая термическая стабильность частиц упрочняющей фазы свидетельствует об отсутствии химического взаимодействия с матричным металлом с образованием новых фаз и о малой их склонности к коалесценции при высоких температурах. Этим требованиям отвечают термодинамически устойчивые тугоплавкие соединения: карбиды, оксиды, нитриды и бориды [11].

1.2 Композиционные материалы электротехнического назначения. Выбор

матрицы и упрочняющих фаз

Матрицу для композиционного материала выбирают, учитывая целый комплекс важных технологических свойств, благодаря которым конечный продукт будет отвечать многим требованиям, предъявляемым к КМ. Необходимые материалу механические и физико-химические свойства, такие как пластичность, стойкость к окислению и электроэрозии, прочность, электропроводность, жаростойкость и др., определяют эти требования.

На изготовление разрывных электроконтактов низковольтной аппаратуры для нужд электротехники используется около четверти мирового потребления серебра [13]. Ввиду относительно высокой их стоимости ведутся исследования и разработки в направлении производства бессеребрянных разрывных контактов, которые при низких ценах могут обеспечить надежную работу коммутирующих аппаратов.

Медь, в качестве заменителя серебра, обладает набором необходимых свойств для материалов электроконтактного назначения, позволяющих создавать на ее основе сплавы с повышенным сопротивлением к электродуговому износу и свариванию. Композиционные сплавы на основе меди широко применяют в электротехнике в качестве контактного материала для низко- и высоковольтных выключателей, вставок плазмотронов, электродов сварочных машин и др. [14]. В качестве упрочняющих фаз применяют тугоплавкие металлы, карбиды, оксиды и нитриды. Получают такие композиты порошковой металлургией.

1.2.1 Медь, как матрица композиционного материала

Среди цветных металлов по объему потребления медь занимает второе место после алюминия. Медь кристаллизуется в гранецентрированной решетке и не имеет полиморфных превращений. По сравнению с другими металлами медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, уступая по электропроводности только серебру. Помимо этих достоинств медь обладает высокой коррозионной стойкостью, технологичностью, пластичностью, достаточно низкой стоимостью по сравнению с серебром, благодаря чему в промышленности медь нашла широкое применение как в чистом виде, так и в виде сплавов.

В работе [11] обобщены и систематизированы сведения о физических, механических и технологических свойствах меди и ее сплавов.

Прочностные свойства меди. Медь достаточно мягкий материал и обладает значениями твердости немногим выше, чем у алюминия. Механические свойства меди сильно различаются в зависимости от состояния (отожженное, литое, деформированное) и других факторов [11, 17, 18].

Временное сопротивлении (предел прочности) оа отожженной меди равно 220...245 МПа, твердость по Бринеллю НВ составляет в зависимости от чистоты 350...450 МПа. В то время как пределы прочности (при разрыве) и твердость деформированной меди путем наклепа могут быть увеличены соответственно <тп до 340...450 МПа и НВ до 900... 1100 МПа, пластические свойства при этом будут значительно снижены [11, 15, 16].

С понижением температуры вплоть до -253°С механические свойства меди не снижаются, предел прочности и удлинение, наоборот, повышаются. Это обстоятельство позволяет широко использовать медь при изготовлении конструкций, работающих при низкой температуре. При повышении температуры предел прочности меди значительно снижается. Пластические свойства нагреваемой меди до температуры 500...600°С падают, с дальнейшим

повышением температуры возрастают, достигая наибольшей величины при температуре около 800°С. Поэтому горячая обработка меди обычно производится при температуре не ниже 600...700°С, например, температура горячей деформации меди колеблется в пределах 750... 1050°С.

Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими антифрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов. По технологическим характеристикам различают деформируемые и литейные медные сплавы, по химическому составу их делят на латуни и бронзы. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком, а бронзы - сплавы меди с другими элементами.

Медь растворяет Н2, который существенно ухудшает ее механические свойства ("водородная болезнь"). Чистая медь обладает достаточно низкой прочностью. Для повышения прочностных свойств в медь добавляют тугоплавкие металлы: Cr, W, Та, Nb, Mo, V и/или их карбиды. Эти упрочняющие фазы повышают значения микротвердости меди, и поддерживают ее при повышенных температурах [19].

Электрические и магнитные свойства. К технической меди предъявляют жесткие требования как по ограничению содержания отдельных элементов, так и к суммарному их количеству в металле. Растворенные в меди примеси значительно повышают ее удельное электросопротивление. Согласно международному стандарту IACS, эталоном качества металла электротехнического назначения является отожженная медь с удельным электросопротивлением р = 0,017241 мкОм-м. Наименьшим значением р = 0,0166 мкОм-м обладает медь, очищенная зонной плавкой (99,999%Си), с минимальным количеством примесей.

Степень снижения электропроводности зависит от характера взаимодействия примесей с медью. Влияние элементов, не образующих с медью твердых растворов, определяется характером их распределения, концентрацией и

электропроводностью. В случае, когда примеси растворены в твердой меди, то ее электропроводность определяется только концентрацией примеси в твердом растворе меди (рисунок 1.1).

Содержание компонентов, °о

Рисунок 1.1- Влияние концентрации примесей или легирующих элементов на удельное электросопротивление меди высокой чистоты [20]

Для оценки влияния примесей при их невысоких (0,01 ...0,1%) концентрациях пользуются линейной зависимостью прироста удельного электросопротивления от концентрации примеси (Спр) [11]:

Р — Ро+Др Спр, (1.1)

где р0 - удельное электросопротивление основного компонента (растворителя), зависящее от температуры (для меди высокой чистоты р0 = 0,0168 мкОм-м); Др -остаточное электросопротивление, не зависящее от температуры, обусловленное

наличием примесных атомов и пропорциональное концентрации примеси. Уравнение (1.1) является правилом Матиссена-Флеминга [21], из которого следует, что электросопротивление складывается из двух составляющих:

1) сопротивления растворителя, которое зависит от температуры и повышается вместе с ней;

2) из добавочной составляющей, обусловленной присутствием в решетке растворителя посторонних атомов, которые искажают решетку и нарушают периодичность ее электрического потенциала. Этот фактор не зависит от температуры.

Добавочное электросопротивление р-ДрС1ф в формуле Матиссена-Флеминга обусловлено рассеянием электронов проводимости ионами атомов, растворенных в меди. Их нарушающее действие такое же, как и действие отклонений атомов растворителя от своих центральных положений при тепловых колебаниях.

Характер зависимости электросопротивления (р) от температуры (Т) для меди показан на рисунке 1.2.

< Ф*

1 0,О35

щ гу '

^ 0,030 | | 402$ 0,020

I

Ь*о,ош

^ 0.005

О 100 200 ЗОО ЬОО 500 Теппература, °С

Рисунок 1.2 - Изменение удельного электросопротивления меди (Си - 99,99%) с

Ру*

температурой [15]

Упругие напряжения практически не оказывают влияния на удельное электрическое сопротивление меди, тогда как пластическая деформация при температуре 20°С приводит к его повышению. Но это повышение незначительно - 4...5% в зависимости от чистоты металла и степени деформации.

Медь обладает довольно высокой коррозионной стойкостью в различных средах. В электрохимическом ряду активности элементов медь стоит ближе к благородным металлам и обычно не вытесняет водород даже из кислых растворов. Благодаря своей природе медь не является химически активным элементом, поэтому скорость ее коррозии обычно невелика.

В атмосфере сухого воздуха медь с полированной поверхностью не корродирует. Оксидные слои при температуре 20°С тонкие (50 нм), бесцветные и не дают цветов побежалости. С увеличением шероховатости поверхности степень воздействия сухого воздуха возрастает. Медь устойчива против коррозии в насыщенном водяными парами чистом воздухе. Присутствие во влажном воздухе примеси сероводорода понижает ее коррозионную стойкость [11]. При нагреве на воздухе медь окисляется, образуя в зависимости от температуры два оксида: СиО и Си20. При низких температурах (100°С) на поверхности меди образуется пленка оксида меди (СиО) черного цвета. При более высоких температурах (600°С) скорость окисления возрастает и образуется плотная пленка закиси красного цвета. При наличии влаги и углекислого газа медь на воздухе медленно окисляется, покрываясь пленкой, так называемой патины, зеленого цвета, которая является основным карбонатом меди (СиОЩэСОз. Эта пленка в определенной мере защищает медь от дальнейшей коррозии.

1.2.2 Карбиды, как упрочняющая фаза композиционного материала

Важнейшими свойствами карбидов переходных металлов являются высокие значения твердости и температуры плавления, хорошая термостойкость, износоустойчивость, теплопроводность, незначительное отличие большинства электрических, магнитных и оптических свойств от соответствующих характеристик переходных металлов, химическая устойчивость при комнатной температуре, переход из хрупкого состояния в пластичное при температуре выше 1000°С [22, 23,24].

Главной особенностью их структур является то, что они, как правило, не являются стехиометрическими соединениями. Они существуют в широкой области составов, при этом в углеродной подрешетке возможны концентрации вакансий до 50%, а в металлической — гораздо меньше. В расположении вакансий может наблюдаться дальний порядок. Степень нестехиометричности определяет физико-механические и термо-динамические свойства и затрудняет аттестацию образцов. Многие из таких зависимостей еще не изучены.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гойда, Эдуард Юрьевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Long, В. D. Fabrication of high strength Cu-NbC composite conductor by high pressure torsion / B. D. Long, M. Umemoto, Y. Todaka et al. // Mater. Sci. Eng. A. -2011.-V. 528.-P. 1750-1756.

2. Palma, R. H. Performance of Cu-TiC alloy electrodes developed by reaction milling for electrical-resistance welding / R. H. Palma, A. H. Sepulveda, R. A. Espinoza et al. // J. Mater. Proc. Technol. - 2005. - V. 169. - № 1. - P. 62-66.

3. Бодрова, Л. E. Получение литых сплавов Cu-WC электротехнического назначения / Л. Е. Бодрова, Э. А. Пастухов, А. В. Долматов, Э. А. Попова, Э. Ю. Гойда // Расплавы. - 2010. - № 5. - С. 10-13.

4. Солнцев, Ю. П. Материаловедение : Учебник для вузов / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин, Ф. Войткун. - М. : МИСИС, 1999. - 600 с.

5. Наполнители для полимерных композиционных материалов : Справочное пособие / Под ред. Г. С. Каца и Д. В. Милевски. -М. : Химия, 1981. - 672 с.

6. Перепелкин, К. Е. Структура и свойства волокон / К. Е. Перепелкин. - М. : Химия, 1985.-208 с.

7. Браутман, Л. Композиционные материалы / Л. Браутман, Р. Крок. Под ред. А. Меткалф : Пер. с англ. - М. : Мир, 1978. - Т. 1. - 437 с.

8. Первушин, Ю. С. Проектирование и прогнозирование механических свойств однонаправленного слоя из композиционного материала : Учебное пособие / Ю. С. Первушин, В. С. Жернаков. - Уфа : Уфимск. гос. авиац. техн. унт, 2002.- 127 с.

9. Композиционные материалы [Электронный ресурс] // Физическая энциклопедия. — Режим доступа :

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc physics/З546/КОМПОЗИЦИОННБ1Е

10. Портной, К. И. Дисперсно-упрочненные материалы / К. И. Портной, Б. Н. Бабич. - М. : Металлургия, 1974. - 200 с.

11. Осинцев, О. Е. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник / О. Е. Осинцев, В. Н. Федоров. - М. : Машиностроение, 2004. -336 с.

12. Коттрелл, А. X. Дислокации и пластическое течение в кристаллах : Пер. с англ. / А. X. Коттрелл. - М. : Металлургиздат, 1958. - 267 с.

13. Stockel, D. Entwicklungsrichtungen dei Werkstoffer fur Elektrische Kontakte /D. Stockel // Metall (W. Berlin). - 1983. - № 1. - S. 30-36.

14. Березин, В. Б. Справочник электротехнических материалов : 3-е изд. / В. Б. Березин, Н. С. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. - М. : Энергоатомиздат, 1983.-399 с.

15. Смирягин, А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы / А. П. Смирягин, Н. А. Смирягина, А. В. Белова. - М. : Металлургия, 1974. - 488 с.

16. Тихонов, Б. С. Медь и медные деформированные полуфабрикаты / Б. С. Тихонов. -М. : Цветметинформация, 1974. - 74 с.

17. Ватрушин, J1. С. Бескислородная медь / Л. С. Ватрушин, В. Г. Осинцев, А. С. Козырев. - М. : Металлургия, 1982. - 192 с.

18. Тихонов, Б. С. Тяжелые цветные металлы : Справочник / Б. С. Тихонов. - М. : Металлургия, 1966. - 72 с.

19. Zuhailawati, Н. Synthesis of copper-niobium carbide composite powder by in situ processing / H. Zuhailawati, R. Othman, B. D. Long, M. Umemoto // Journal of Alloys and Compounds. - 2008. - Vol. 464. - P. 185-189.

20. Николаев, А. К. Сплавы для электродов контактной сварки / А. К. Николаев, В. М. Розенберг. - М. : Металлургия, 1978. - 96 с.

21. Лившиц, Б. Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б. Г. Лившиц, В. С. Крапошин, Я. Л. Липецкий. - М. : Металлургия, 1980. - 322 с.

22. Тот, Л. Карбиды и нитриды переходных металлов : Пер. с англ. под ред. П. В. Гельда / Л. Тот. - М. : Мир, 1974. - 294 с.

23. Самсонов, Г. В. Твердые соединения тугоплавких металлов / Г. В. Самсонов, Я. С. Уманский. - М. : Металлургиздат, 1957. - 388 с.

24. Гусев, А. И. Упорядочение в карбидах титана и ванадия / А. И. Гусев, В. Н. Липатников. - Екатеринбург : УрО РАН, 2000. - 264 с.

25. Самсонов, Г. В. Физическое материаловедение карбидов / Г. В. Самсонов, Г. Ш. Упадхая, В. С. Нешпор. - Киев : Наукова думка, 1974. - 455 с.

26. Федорченко, И. М. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: справочник / И. М. Федорченко, И. Н. Францевич, И. Д. Радомысельский. - Киев: Наукова Думка, 1985. - 624 с.

27. Кнорозов, Б. В. Технология металлов / Б. В. Кнорозов, Л. Ф. Усова, А. В. Третьяков, И. А. Арутюнова, С. П. Шабашов, В. К. Ефремов. - М. : Металлургия, 1978.-880 с.

28. Долгорук, В. М. Покрытия на основе карбида титана, полученного механохимическим синтезом / В. М. Долгорук, А. А. Попович, В. П. Рева, В. А. Колзунов, В. Н. Василенко // Порошковая металлургия: Тезисы докладов XVI всесоюзной научно-технической конференции. - Свердловск, 1989. - Ч. IV. — С. 61.

29. Кочерженко, В. Г. Получение композиционного порошка карбида хрома плакированного нихромом / В. Г. Кочерженко, Ю. И. Лебедев // Порошковая металлургия: Тезисы докладов XVI всесоюзной научно-технической конференции. - Свердловск, 1989. - Ч. IV. - С. 113.

30. Залите, И. В. Высокодисперсные порошки карбонитридов хрома и материалы на их основе / И. В. Залите, Т. Н. Миллере, В. А. Маслюк, И. Д. Великохатская // Порошковая металлургия: Тезисы докладов XVI всесоюзной научно-технической конференции. - Свердловск, 1989. - Ч. I. - С. 94.

31. Федоров, В. Б. Углерод и его взаимодействие с металлами / В. Б. Федоров, М. X. Шоршоров, Д. К. Хакимова. - М. : Металлургия, 1978. - 208 с.

32. Copper and copper alloy castings - Properties and Applications. Publication TN 42, - 1991. - 60 p.

33. Ichikawa, K. Electric conductivity and mechanical properties of carbide dispersion-strengthened copper prepared by compocasting / K. Ichikawa, M. Achikita // Mater. Trans. JIM. - 1993. - V. 34. - № 8. - P. 718-724.

34. Иванов, В. В. Физико-химические, эксплуатационные свойства и технология медьсодержащих композиционных материалов электро-технического назначения : дис. ... д-ра тех. наук : / Иванов Виктор Владимирович. -Красноярск, 2001. - 372 с.

35. Вестник ВНИИЖТ. - 2006. - № 4. - С. 42-44.

36. Аксенов, А. А. Структура и свойства композиционных материалов на основе системы Cu-Cr, полученных методом механического легирования / А. А. Аксенов, А. С. Просвиряков, Д. В. Кудашов, И. С. Гершман // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. - 2004. - № 6. - С. 39-46.

37. Гершман, И. С. Испытание на дуговое воздействие материалов систем Cu-C, Си-Сг, Си-Сг-С / И. С. Гершман, Е. О. Харитонов, А. Н. Бардин // Вестник ВНИИЖТ. - 2006. - № 4. - С. 42-44.

38. Гершман, И. С. Испытания на дуговое воздействие материалов систем Cu-C, Cu-Cr, Cu-Cr-C / И. С. Гершман, Е. О. Харитонов, А. Н. Бардин // Вестник ВНИИЖТ. - 2006. - № 4. - С. 42-44.

39. Rev. met. CENIM. - 2005. - 41. - № 4. - C. 308-312.

40. J. Nonferrous Metals. - 2006. - 16. - № 3. - C. 406-411.

41. Попова, Э. А. Карбидообразование в алюминиевых расплавах при воздействии на них упругими колебаниями низких частот / Э. А. Попова, А. В. Долматов, А. В. Киселев, JT. Е. Бодрова, С. А. Петрова, Э. А. Пастухов, Н. А. Ватолин // Металлы. - 2006. - № 6. - С. 3-7.

42. Бодрова, JI. Е. Синтез карбидов ниобия в медных расплавах / JI. Е. Бодрова, Э. А. Попова, Э. А. Пастухов, А. В. Долматов, Э. Ю. Гойда // Металлы. -2010.-№5.-С. 64-68.

43. Бодрова, JI. Е. О механизмах упрочнения меди карбидами ниобия / Л. Е. Бодрова, Э. А. Пастухов, Э. Ю. Гойда, А. Б. Шубин, М. Ю. Еремина // Расплавы. -2013.-№ 6.

44. Гершман, И. С. Токосъемные углеродно-медные материалы / И. С. Гершман // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - № 5. - С. 15-20.

45. Rollinson, С. Pergamon textes in inorganic chemistry, v. 21. - The chemistry of Cr, Mo and W, Oxf. - 1973.

46. Yih, S. W. H. Tungsten - Sources, metallurgy, properties and applications / S. W. H. Yih, С. T. Wang. - New York : Plenum Press, 1979. - 500 p.

47. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Wolfram. - Technologic des Metals, В. - 1979.

48. Косолапова, Т. Я. Карбиды / Т. Я. Косолапова. - М. : Металлургия, 1968. -300 с.

49. Самсонов, Г. В. Физическое материаловедение карбидов / Г. В. Самсонов, Г. Ш. Упадхая, В. С. Нешпор. - Киев : Наукова Думка, 1974. - 455 с.

50. А. с. № 4136144/23-02. Устройство для обработки расплава низкочастотными колебаниями / И. И. Телицин. - 1987. - 3 с.

51. Пастухов, Э. А. Особенности кавитационных процессов при воздействии на жидкие среды упругими колебаниями низких частот в кавитационном режиме / Э. А. Пастухов, Э. А. Попова, JI. Е. Бодрова, Н. А. Ватолин // Расплавы. - 1998. -№ 3. - С. 7.

52. Бодрова, Л. Е. Синтез карбидов хрома в расплаве меди / Л. Е. Бодрова, Э. Ю. Гойда, Э. А. Пастухов и др. // Труды XI Российского семинара «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов». - Курган, 2012. - С. 67-68.

53. Попова, Э. А. Особенности кавитационных процессов при воздействии на жидкие среды упругих колебаний низких частот / Э. А. Попова, Л. Е. Бодрова, Э. А. Пастухов, H. А Ватолин // Расплавы. - 1998. - № 3. - С. 7-13.

54. Бодрова, Л. Е. Взаимодействие карбида ванадия с расплавами алюминия и меди / Л. Е. Бодрова, Э. А. Пастухов // Расплавы. - 2012. - № 5. - С. 1-4.

55. Bodrova, L. Е. Low-Frequency Oscillation Affect to Tungsten and Vanadium Carbides Interaction with Aluminum and Copper Melts / L. E. Bodrova, E. A. Pastukhov, L. I. Leontiev et.al. // The optimization of composition, structure and properties of metals, oxides, composites, nano- and amorphous materials: Proceedings of the Eleventh Israeli-Russian Bi-National Workshop. - Chernogolovka, 2012. - P. 1520.

56. Игнатьев, И. Э. Особенности метода низкочастотной обработки расплавов / И. Э. Игнатьев, Э. А. Пастухов, Л. Е. Бодрова, Е. В. Игнатьева, Э. Ю. Гойда // Изв. Вузов. Цветная металлургия. - 2012. - № 2. - С. 33.

57. Игнатьев, И. Э. Метод получения сплавов низкочастотной обработкой их расплавов / И. Э. Игнатьев, Э. А. Пастухов, Л. Е. Бодрова. - Saarbrucken : LAP LAMBERT Academic publishing, 2013. - 170 с.

58. Игнатьев, И. Э. Количественная оценка низкочастотной обработки расплавов как фактора измельчения структурных компонентов получаемого сплава / И. Э. Игнатьев, Е. В. Игнатьева, Э. А. Пастухов, Э. Ю. Гойда // Расплавы. -2012. -№ 1.-С. 7-11.

59. Игнатьев, И. Э. Анализ механизма измельчения и коагуляции твердых частиц при низкочастотной обработке алюминиевых расплавов / И. Э. Игнатьев, Э. А. Пастухов, Е. В. Игнатьева, Э. Ю. Гойда, П. В. Котенков // Расплавы. - 2012. -№ 1.-С. 3-6.

60. Концевой, Ю. В. Способ смешивания сыпучих материалов / Ю. В. Концевой, И. Э. Игнатьев, Е. В. Игнатьева, Э. А. Пастухов, Н. А. Ватолин. -Патент на изобретение № 2353424; зарег. 27.04.09.

61. Попова, Э. А. Смачивание расплавом меди карбидов титана, ниобия и хрома / Э. А. Попова, Jl. Е. Бодрова, В. П. Ченцов, А. В. Долматов, Э. А. Пастухов, Л. А. Овчинникова, Н. В. Корчемкина // Расплавы. - 2009. - № 1. - С. 3-9.

62. Терехов, Г. И. / Г. И. Терехов, Л. Н. Александрова // Изв. АН СССР. Металлы. - 1984.-№4.-С. 210-213.

63. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под ред. Н. П. Лякишева. - М. : Машиностроение, 1996. - Т. 1. - 992 с.

64. Rudy, Е. / Е. Rudy, St. Windisch, С. Е. Bruke // Planseeber. Pulvermet. -1968.-V. 16. -№ 1.-P. 3-33.

65. Brizes W.F., Brody H.D. // J.Am. Ceram. Soc.1972. V. 55. №5. P. 277-278.

66. Kaufman L., Nesor H. // Calphad. 1978. V.2. №4. P. 295-318.

67. Николаев, А. К. Свойства сплавов системы Cu-Nb / А. К. Николаев, В. М. Розенберг // МиТОМ. - 1972. - № 10. - С. 50-53.

68. Аввакумов, Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Аввакумов. - Новосибирск : «Наука», 1979. - 256 с.

69. Ioffe, A. F. Deformation und Festigkeit der Kristalle / A. F. Ioffe, M. W. Kirpitschewa, M. A. Lewitzky // Z. Phys. - 1924. - Bd 22. - S. 286-302.

70. Marques, M. T. Study of early stagesof Cu-NbC nanocomposite synthesis / M. T. Marques, V. Livramento, J. B. Correia, A. Almeida, R. Vilar // Journal of Alloys and Compounds. -2007. - Vol. 434-435. -P. 481-484.

71. Бодрова, JI. E. Особенности литых композитов медь-карбид с высокой электропроводностью, полученных воздействием на расплав акустическими колебаниями / Л. Е. Бодрова, Э. А. Попова, Э. А. Пастухов, А. В. Долматов, Т. Ф. Григорьева, Л. А. Овчинникова // Труды IV Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов». - Минск, 2009. - Т. 3. - С. 19-21.

72. Зеликман, А. Н. Вольфрам / А. Н. Зеликман, Л. С. Никитина. - М. : «Металлургия», 1978. - 272 с.

73. Хансен, М. Структуры двойных сплавов / М. Хансен, К. Андерко. - М. : Металлургиздат, 1962. - Т. 3. - 693 с.

74. Sara, R. V. // Journal of The American Ceramic Society. - 1965. - V. 48. - P. 251-257.

75. Rudy, E. / E. Rudy, S. Windish, A. J. Stosick, J. R. Hoffman // AFML-TR-65-2, 1967.-Part I.-Vol. XI.

76. Найдич, Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю. В. Найдич. - К. : Наукова Думка, 1972. - 196 с.

77. Геворкян, Э. С. Подбор оптимальных режимов горячего прессования нанопорошковых смесей АЬОз-WC для инструментальных применений / Э. С.

Геворкян, Е. Г. Гуцаленко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий.-2010.-№5.-С. 13-18.

78. Геворкян, Э. С. Генезис экспансии семикарбида вольфрама в вольфрамокерамических инструментальных композитах горячего прессования с электроконсолидацией нанопорошков на монокарбидной основе / Э. С. Геворкян, Ю. Г. Гуцаленко // Сборник научных трудов «Вестник НТУ "ХПИ"» : Технологи в машинобудуванш. - 2010.

79. Гуцаленко, Е. Г. Прогноз семикарбида вольфрама в вольфрамокерамических композитах горячего прессования с электронсолидацией порошков на монокарбидной основе / Е. Г. Гуцаленко // Вюник нацюнального техшчного ушверситету "ХПГ : 36. наук. пр. темат. вип. Харюв. - С. 52-64.

80. Дриц, М. Е. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник / М. Е. Дриц, Н. Р. Бочвар, Л. С. Гузей и др. - М. : Наука, 1979. - 248 с.

81. Massalski, Т. В. Binary alloy phase diagrams: V. 1-2 / Т. В. Massalski // American Society for Metals. Ohio : Metals Park. - 1986. - P. 2224.

82. Николаев, А. К. Хромовые бронзы / А. К. Николаев, А. И. Новиков, В. М. Розенберг. - М. : Металлургия, 1983. - 176 с.

83. Игнатьев, И. Э. Поведение конгломератов СГ3С2 в расплаве меди при воздействии на него низкочастотными колебаниями / И. Э. Игнатьев, Л. Е. Бодрова, Э. А. Пастухов, Э. Ю. Гойда // XIII Российская конференция «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». - Екатеринбург, 2011.

84. Игнатьев, И. Э. Математическое моделирование движения жидкости в цилиндре, возбуждаемое поршнем-вибратором / И. Э. Игнатьев, А. В. Киселев, А. В. Долматов, Ю. В. Концевой, Э. А. Пастухов, Е. В. Игнатьева, Э. А. Попова, Л. Е. Бодрова // Расплавы. - 2005. - № 6. - С. 3-11.

85. Ерёмина, М. А. Композиты Cu-карбид хрома, полученные с использованием механоактивации исходных компонентов в твердом и жидком состояниях / М. А. Ерёмина, С. Ф. Ломаева, Е. П. Елсуков, Л. Е. Бодрова, Э. Ю. Гойда, Э. А. Пастухов // Химическая физика и мезоскопия. - 2013. - Т. 15. - № 2. -С. 262-269.

86. Еременко, В. Н. / В. Н. Еременко, Т. Я. Великанова, А. А. Бондар // Порошковая металлургия. - 1987. - № 5. - С. 70-76.

87. Рабинович, В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, 3. Я. Хавин. - Ленинград : «Химия», 1977. - 376 с.

89. Ефимов, В. А. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов / В. А. Ефимов, А. С. Эльдарханов. - М. : Металлургия, 1995.-272 с.

90. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под ред. Н. П. Лякишева. - М. : Машиностроение, 1997. - Т. 2. - 1024 с.

91. Dio, Т. / Journal of Japan Institute Metals (NKG). - 1957. - № 5. - P. 337340.

92. Хеммингер, Г. Хене. Калориметрия. Теория и практика: пер. с англ. В. Хеммингер, Г. Хене. -М.: Химия, 1990. пер. изд.: ФРГ, 1984. - С. 176

93. Alkin, R. М. // Journal of Metals. - 1997. - P. 3539.

94. Бабкин, В. Г. Литые металломатричные композиционные материалы электротехнического назначения / В. Г. Бабкин, Н. А. Терентьев, А. И. Перфильева // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. - 2014. -Т. 7. №4.-С. 416-423.

95. Davidson, D. L. // Journal of Metals. - 1997. - № 8. - P. 34.