19

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. І. М. ФРАНЦЕВИЧА

УДК 669.187.001.2

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Структура і корозійна стійкість композиційних матеріалів Cu-Mo, Cu-W, отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації

Спеціальність 05.02.01 - матеріалознавство

Чорновол Вікторія Олександрівна

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України і на кафедрі хімії Київського національного університету будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник кандидат хімічних наук, доцент Гречанюк Віра Григорівна, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідуюча кафедрою хімії

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Лавренко Володимир Олексійович, Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, провідний науковий співробітник

кандидат технічних наук Бухановський Віктор Володимирович, Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України, м. Київ, старший науковий співробітник

Захист відбудеться “ 4 ” травня 2011 р., о 14⁰⁰ годині, на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 26.207.03 Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича за адресою: 03680, м. Київ, вул. Кржижановського, 3

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича за адресою: 03680, м. Київ, вул. Кржижановського, 3

Автореферат розісланий “ 2 ” квітня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої Вченої ради, д.т.н. Р. В. Мінакова

молібден тугоплавкий корозійний вольфрам

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З розвитком науки і техніки більшість галузей промисловості набули гострої потреби в матеріалах на основі міді, які відрізняються високою тепло-, електропровідністю, міцністю, термостійкістю, жаростійкістю, корозійною та ерозійною стійкістю тощо. Існуючі на сьогодні матеріали на основі міді не можуть повністю задовольнити сучасним вимогам щодо отримання комплексу необхідних характеристик. Вирішити це завдання можна перш за все шляхом впровадження принципово нових технологій, які дають можливість створювати нові композиційні матеріали (КМ), що поєднують у собі кращі властивості складових компонентів.

До останнього часу КМ на основі міді отримували методами порошкової металургії. У кінці 20^го століття для отримання зазначених КМ почали використовувати метод високошвидкісного випаровування-конденсації металів і неметалів у вакуумі. З застосуванням цього методу з'являється можливість одержання КМ з керованою дисперсністю і регульованими в широких межах властивостями, які сприяють підвищенню надійності і довговічності експлуатації механізмів і агрегатів, що працюють в умовах різних температур і агресивних середовищ. В Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича були проведені комплексні дослідження КМ на основі міді з вмістом молібдену до 12%(мас.), отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації, які пройшли успішні випробування для мало- і середньонавантажених електричних контактів. Для розширення використання КМ для середньо- і важконавантажених електричних контактів і підвищення їх експлуатаційних властивостей були вперше одержані методом електронно-променевого випаровування-конденсації і досліджені нові КМ на основі міді і тугоплавких металів молібдену або вольфраму з більшим вмістом тугоплавкого компоненту (до 50%(мас.)). Відсутність відомостей про структуру, фізико-хімічні властивості, корозійну стійкість та інші властивості цих КМ є однією з головних причин обмеженого застосування їх для середньо- і важконавантажених електричних контактів.

Тема дисертації присвячена розробці та вивченню структури і фізико-хімічних властивостей, в тому числі корозійної стійкості нових КМ Сu-Mo, Cu-W в широкому діапазоні концентрацій тугоплавких складових, отриманих методом електронно-променевого випаровування і конденсації у вакуумі, для електричних контактів є актуальною і набуває особливого значення для заміни срібловмісних контактів у зв'язку з подорожчанням срібла та необхідністю використання екологічно чистих технологій для їх одержання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до державного плану і програми Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України в рамках загальної наукової теми: “Структура, властивості та електронно-променева технологія одержання композиційних матеріалів на основі міді і вольфраму електротехнічного призначення” (шифр теми IV-7-10, № держреєстрації 0110U000559).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розв'язання науково-технічного завдання з розробки нових КМ Сu-Mo, Cu-W, отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації та вивчення особливостей їх структури і фізико-хімічних властивостей для потреб електротехнічної промисловості.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

- дослідити вплив тугоплавких складових молібдену і вольфраму в широкому діапазоні концентрацій у системах Cu-Mo, Cu-W на макро-, мікроструктуру і механічні властивості;

- вивчити корозійну стійкість композиційних матеріалів Cu-Mo, Cu-W гравіметричним методом при кімнатній температурі у статичних умовах у дистильованій воді та на основі одержаних результатів розрахувати вагові і глибинні показники корозії і визначити бал корозійної стійкості;

- встановити особливості структурних змін на поверхні композиційних матеріалів Cu-Mo, Cu-W і склад середовища після корозійних випробувань;

- потенціодинамічним методом встановити швидкість протікання корозійних процесів в КМ Cu-Mo, Cu-W з різним вмістом компонентів, побудувати корозійні діаграми і визначити струми корозії;

- дослідити стійкість до окиснення в інтервалі температур 20-1000^оС композиційних матеріалів Cu-Mo, Cu-W з різним вмістом компонентів;

- запропонувати оптимальний склад корозійностійких КМ Cu-Mo, Cu-W для їх використання в електротехнічній промисловості.

Об'єкт дослідження - композиційні матеріали Cu-Mo, Cu-W, отримані методом електронно-променевого випаровування з наступною конденсацією у вакуумі.

Предмет дослідження - структура і фізико-хімічні властивості КМ Cu-Mo, Cu-W, отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації, в залежності від вмісту тугоплавкої складової і оптимізація складу, що забезпечує покращені експлуатаційні характеристики, в тому числі корозійну стійкість для електричних контактів.

Методи дослідження. Фізико-механічні характеристики матеріалів вивчені з використанням традиційних методик за діючими нормативними документами. Структура композицій досліджена із застосуванням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: електронної растрової мікроскопії. Хімічний склад і розподіл компонентів по товщині конденсатів досліджувалися методом мікрорентгеноспектрального аналізу. Процеси окиснення композиційних матеріалів до температури 1000єС визначалися термографічним методом. Корозійна стійкість досліджувалася гравіметричним методом, швидкість корозійних процесів фіксувалася потенціодинамічним методом. Склад оксидної плівки досліджувався методом рентгеноструктурного та мікрорентгеноспектрального аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів:

- встановлені особливості структури і фізико-хімічних властивостей в КМ Cu-W, Cu-Mo в інтервалі концентрацій молібдену і вольфраму до 50 %(мас.), одержаних методом електронно-променевого випаровування-конденсації. Показано, що КМ Cu-W, Cu-Mo притаманна ієрархія шаруватої структури. Поява шаруватості на мікро- і субмікрорівнях залежать від природи тугоплавкої складової, її взаємодії з міддю в присутності домішок і технологічних параметрів процесу. У КМ Cu-W, Cu-Mo виникнення шаруватості спостерігається при вмісті вольфраму і молібдену відповідно 4-5%(мас.) і 7-8%(мас.);

- при дослідженні корозійної стійкості КМ Cu-Mo, Cu-W у широкому інтервалі концентрацій у дистильованій воді у статичному режимі при кімнатній температурі вперше показано, що з підвищенням вмісту вольфраму корозійна стійкість системи збільшується. На основі розрахованих вагових та глибинних показників корозії визначено бал корозійної стійкості КМ Cu-W за десятибальною шкалою, який становить 2. Корозійна стійкість системи Cu-Mo з підвищенням концентрації молібдену знижується, бал корозійної стійкості становить 5;

- потенціодинамічним методом вперше встановлено вплив концентрації молібдену і вольфраму на швидкість протікання корозійних процесів. Показано, що з підвищенням вмісту тугоплавкої складової струми корозії для КМ Cu-W знижуються, а для КМ Cu-Mo - підвищуються;

- за умов високотемпературного окиснення (до 1000 єС) КМ Cu-Mo, Cu-W встановлено, що з підвищенням концентрації вольфраму в КМ Cu-W початок процесу окиснення зміщується в бік більш високих температур і стійкість до окиснення зростає. В КМ Cu-Mo початок процесу окиснення зміщується в бік нижчих температур, стійкість до окиснення знижується;

- показано, що збільшення вмісту тугоплавких складових супроводжується зростанням границь плинності, міцності і зниженням параметрів пластичності. Разом з тим при температурі 600єС спостерігається зниження показників механічних властивостей порівняно з властивостями при кімнатній температурі;

- на основі проведених натурних випробувань встановлено оптимальний вміст молібдену 7-8%(мас.) в КМ Cu-Mo, який забезпечує їх використання для розривних контактів. Оптимальний вміст вольфраму в КМ Cu-W становить 52-54%(мас.), що рекомендовано для використання в якості вакуумних контактів дугогасних камер.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами наведених у дисертації досліджень та натурних випробувань запропоновано оптимальний склад компонентів КМ Cu-W в якості контактів дугогасних камер.

У рамках співпраці НВП “Елтехмаш” (Київ, Україна), Інституту проблем матеріалознавства НАНУ ім. І. М. Францевича (Київ, Україна), Київського національного університету будівництва і архітектури (Україна) та Вроцлавського технологічного університету (Польща) були розроблені склади КМ на основі міді і вольфраму. Було проведено дослідно-промислове випробування нових КМ Cu-W у вакуумній камері типу МВК 400 (виробництво Інституту теле- і радіотехніки в Варшаві, Польща), що є конструктивною частиною для переривників низької напруги на 1000 В, 400 A, 50 Гц, які використовуються в основному у вугільних шахтах.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором проведено огляд і аналіз літературних джерел, визначена мета та постановка задач дослідження, підготовка зразків та проведення корозійних і металографічних випробувань, дослідження швидкості корозії, побудова корозійних діаграм та розрахунок балів корозійної стійкості, аналіз та участь у впровадженні результатів досліджень у виробництво. В обговоренні й підготовці публікацій за темою дисертації брали участь співавтори. Матеріал для дослідження отримували електронно-променевим методом в НВП “Елтехмаш”. Дослідження механічних властивостей проводили в Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України, структурні дослідження проводили в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення і результати проведених досліджень були повідомлені і обговорені на 4 міжнародних науково-технічних конференціях: Міжнародна конференція “Электрические контакты и электроды” (Кацивели, сентябрь 2007 г.), “Conferinta stiintifica Ugai Mat 2007 Tehnologii si materiale avansate” (Galati, Оctober 19-20, 2007), 9-th International Conference on Electron Beam Technologies (Bulgaria, Varna, 5-6 June, 2009), “International workshop on Geoenvironment & Geotechnics” (Milos Conference Centre, Greece, 8, 9 September 2008).

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 11 друкованих працях, з них 4 статті у збірниках, рекомендованих ВАК України, 1 стаття - у науково-технічному збірнику, 5 тез доповідей на конференціях, а також 1 патент України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку. Робота викладена на 124 сторінках, вона містить 66 рисунків і 13 таблиць. Список використаних літературних джерел налічує 115 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульована мета та задачі дослідження, визначені наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі проведено аналіз публікацій, присвячених методам отримання КМ на основі міді, відмічені переваги і недоліки методів, наведено також відомості про корозійну стійкість сплавів міді та фактори, які на неї впливають. Зазначено, що для потреб електротехнічної промисловості все частіше стали використовувати дисперсно-зміцнені композиції на основі молібдену, вольфраму, міді і срібла. Такі псевдосплави одержують методами порошкової металургії, розробка яких в Україні розпочалася в 50-х роках минулого століття під керівництвом академіка І. М. Францевича.

Певні можливості в одержанні контактних матеріалів з широким спектром необхідних властивостей відкривається при використанні методу високошвидкісного електронно-променевого випаровування металевих і неметалевих матеріалів у вакуумі, розроблений в ІЕЗ ім. Е. О. Патона. Відмічені переваги електронно-променевої технології одержання матеріалів.

Огляд методів одержання КМ та корозійної стійкості сплавів на основі міді сприяв можливості зробити висновок про те, що КМ на основі міді, молібдену і вольфраму, отримані методом електронно-променевого випаровування-конденсації у вакуумі, є перспективними для використання в електротехнічній промисловості. Разом з тим відсутність відомостей про структуру, корозійну стійкість, механічні характеристики гальмує їх впровадження в промисловість. Виходячи із вищезазначеного, встановлені основні задачі роботи.

У другому розділі наведено характеристики застосованих сировинних матеріалів і методики досліджень.

Матеріали Cu-Mo, Cu-W одержували в НВП “Елтехмаш” м. Вінниця на установці УЕ-189 з двох незалежних тиглів на стаціонарній підкладці.

Дослідження структури КМ Cu-Mo, Cu-W проводили методом растрової електронної мікроскопії на мікроскопі Cam Scan 4 в режимі відображених (або розсіяних) електронів без застосування додаткового травлення поверхні шліфа. Кількісний та якісний склад конденсатів у вихідному стані та після корозійних випробувань визначали методом мікрорентгеноспектрального аналізу на енергодисперсійній приставці INCA Energy 200 до растрового електронного мікроскопа. Мікротвердість окремих структурних складових визначали за допомогою приставки MicroDuromar-4000E до оптичного мікроскопа PolyvarMet (піраміда Віккерса) з автоматичним режимом навантаження. Стійкість конденсатів до окиснення в атмосферних умовах у діапазоні температур 20-1000єС досліджували за допомогою дериватографа ОД-103. Корозійну стійкість конденсатів вивчали гравіметричним методом в дистильованій воді. Контроль за складом корозійного середовища проводився методом хімічного аналізу. Швидкість протікання корозійних процесів вивчали потенціодинамічним методом з використанням потенціостату типу П-5827 М. Склад продуктів корозії визначали методом мікрорентгеноспектрального та рентгенографічного аналізу. Механічні властивості оцінювали за стандартними методиками.

У третьому розділі наведено результати досліджень мікро- і макроструктури, корозійних і механічних властивостей, результати термографічного аналізу КМ Cu-W в широкому діапазоні концентрацій тугоплавкого компоненту.

Методом мікрорентгеноспектрального аналізу встановлено, що збільшення вмісту вольфраму в КМ Сu-W є рівномірним і здійснюється в напрямку від мідного до вольфрамового тигля. Найнижча і найвища концентрація вольфраму в градієнтному конденсаті становить 0,64 та 32,98 %(мас.) відповідно (табл. 1).

Таблиця 1 Хімічний склад КМ Сu-W, які використовувалися для досліджень

№ зразка	1	2	3	4	5	6
Склад конденcату, %(мас.)	W	0,64	3,57	8,27	15,23	20,39	32,98
	Cu	99,36	96,43	91,73	84,77	79,3	67,02

Структура конденсатів залежить від хімічного складу компонентів та технологічних умов їх одержання. Для КМ характерна шаруватість мікроструктури з ієрархією розмірів шарів. При вмісті вольфраму до 4 %(мас.) шари слабо виражені або взагалі не виражені, структура дисперсна, відносно однорідна (рис. 1, а). При вмісті вольфраму в конденсаті більше 4 %(мас.) шари стають виразними (рис. 1, б).

Переважаючим морфологічним типом структури шарів конденсованих КМ Cu-W є полігональна.

Виникнення шаруватості на макро-, мікро- і субмікронному рівнях обумовлено відповідно: технологічними факторами (електричними мікропробоями, які мають місце при проведенні технологічного процесу), домішками, що присутні у вихідних матеріалах, утворенням в паровій фазі пересичених сплавів, які при кристалізації на підкладці по механізму “рідкий-твердий стан” розпадаються, утворюючи відповідні мікрошари. Товщина мікрошарів залежить від природи фаз, які утворюють пересичені сплави, температури підкладки і швидкості охолодження сконденсованого матеріалу.

Рис. 1. Структура КМ Cu-W при вмісті вольфраму, %(мас.): а - 3,57; б - 20,39

Зростання вмісту вольфраму в конденсаті призводить до появи неоднорідності його розподілу по товщині конденсату (рис. 2).

Неоднорідність виражається у вигляді концентраційних “згустків”, агрегатів розмірами до 10 мкм, які в міру подальшого збагачення вольфрамом утворюють форму дискретних стовпців у вигляді конусів з округленими вершинами. Можна припустити, що стовпці є зародками утворення нової стовпчастої структури. У композитах із вмістом вольфраму до 20,39 %(мас.) ці стовпці (конусоподібні з сфероїдальними вершинами) є дискретними. При збільшенні вмісту вольфраму в конденсаті до 32,98 %(мас.) вони стають безперервними, їх доля в розрізі зразків зростає, а довжина рівна товщині макрошарів або товщині самого конденсату (рис. 3).

а	б
в	г
Рис. 2. Розподіл компонентів міді (а, в) та вольфраму (б, г) в КМ Сu-3,57 %W (а, б) та Сu-20,39 %W (в, г)

Рис. 3. Структура КМ Cu-W в перерізі з вмістом вольфраму 32,98 % (мас.)

За даними мікрорентгеноспектрального аналізу і електронної мікроскопії конденсат в області вершини конуса, незалежно від розміру стовпця, збагачений вольфрамом. Вміст вольфраму в цій області може досягати 55 %(мас.). Аналіз нижче розміщених шарів стовпців свідчить про їх двофазну структуру. У зв'язку з такою зміною структури конденсату змінюється морфологія його поверхні: вона стає або локально хвилеподібною, або бугристою, залежно від форми та розміру сфероїдальних вершин стовпців (рис. 4).

Рис. 4. Особливості структури конденсату Сu-32,98 %W на вершині стовпців

Структура конденсату викривлюється через технологічні дефекти матеріалів. Для КМ на основі міді і тугоплавких металів серед технологічних дефектів найбільш небезпечними є “стрижні”, які виникають в результаті порушення фронту конденсації на частинках розділового шару і на викидах крапель з розплавлених ванн.

Здебільшого такі краплі сфероїдизуються. Сфероїди, утримуючись на попередньому шарі, у паровому потоці викликають порушення фронту кристалізації наступних. Опуклість, що виникає на таких частинках, транслюється, передається до кожного наступного мікро- та макрошару аж до поверхні конденсату. Частинки на підкладці і ті, що потрапляють на поверхню конденсату на різних стадіях технологічного процесу, обумовлюють різну довжину “стрижнів”.

Механічні властивості мідно-вольфрамового конденсату визначали при кімнатній температурі (на повітрі) і температурі 600єС (у вакуумі). При кожній температурі зразки випробовували в початковому стані і після вакуумного відпалу.

Залежності границі міцності у_в, границі плинності у_0,2 і відносного подовження д КМ Cu-W від концентрації вольфраму при кімнатній температурі мають монотонний характер (рис. 5 а, б). Спостерігається збільшення значень у_в у вихідному стані від 346 до 676 МПа, після відпалу - від 342 до 568 МПа; у_0,2 - від 221 до 644 МПа у вихідному стані та після відпалу - від 235 до 518 МПа. Ці залежності зростають пропорційно процентному вмісту вольфраму як для зразків у вихідному стані, так і для зразків після відпалу. При цьому відносне подовження зразків знижується від 29,3 % до 0,7 % у вихідному стані та від 30,2 % до 2,2 % - після відпалу.

а	б
Рис. 5. Залежність границі міцності ув, границі плинності у0,2 (а), відносного подовження д (б) КМ Cu-W від вмісту вольфраму при кімнатній температурі (суцільні лінії) і після вакуумного відпалу (штрихові лінії)

Дослідження механічних властивостей конденсатів при температурі 600^єС показали зниження характеристик міцності (у 4-5 разів) і пластичності (у 5-10 разів) у порівнянні з тим же станом матеріалів в умовах випробування при кімнатній температурі (рис. 6 а, б).

а	б
Рис. 6. Залежність границі міцності ув, границі плинності у0,2(а), відносного подовження д (б) КМ Cu-W від вмісту вольфраму при температурі 600єС (суцільні лінії) і після вакуумного відпалу (штрихові лінії)

Значення у_в підвищуються від 83 до 167 МПа у вихідному стані, від 58 до 167 МПа - після відпалу; у_0,2 від 76 до 163 МПа у вихідному стані та після відпалу від 48 до 122 МПа. Відносне подовження змінюється від 24,7 % до 0,7 % у початковому стані та від 12,8 % до 0,2 % - після відпалу.

Значення мікротвердості добре корелюють із механічними властивостями. Зі збільшенням вмісту вольфраму в конденсатах мікротвердість підвищується.

Дослідження корозійної стійкості гравіметричним методом довели зменшення маси всіх складів конденсатів в початковий момент корозійних випробувань (рис. 7), що обумовлено іонізацією і переходом у розчин переважно іонів міді, про що свідчить проведений аналіз середовища після корозійних випробувань. Через 20 годин досліджень



Рис. 7. Гравіметричні залежності КМ Cu-W з різним вмістом вольфраму

спостерігається збільшення маси конденсатів, що пов'язано з перевагою процесу утворення оксидної плівки над процесом розчинення. З підвищенням концентрації вольфраму в композитах Cu-W процес нарощення плівки стає інтенсивнішим. Оксидна плівка, яка утворилася на поверхні, складається переважно з Cu₂O. Підтвердженням цього є проведений рентгеноструктурний аналіз поверхневого шару після корозійних випробувань (рис. 8). Дослідження конденсату до початку випробувань показують присутність на поверхні лише чистої міді. Рентгенографічні дослідження підтверджуються результатами мікрорентгеноспектрального аналізу, які показують присутність на поверхні значної кількості кисню, що не було зафіксовано до випробувань.

Рис. 8. Фрагмент рентгенограми поверхні конденсату після корозійних випробувань з вмістом вольфраму 32,98 %(мас.)

Дослідження зразків Сu-W у рентгенівському опроміненні підтверджують механізм корозійних процесів у конденсатах. У зв'язку з більшою активністю міді порівняно з вольфрамом відбувається процес іонізації міді в поверхневому шарі, який безпосередньо контактує з корозійним середовищем. Вольфрам є менш активним, його іони не дифундують до поверхні і не переходять у розчин.

Мікрофотографії, зроблені в рентгенівському опроміненні, показують, що поверхневий шар складається переважно з міді та кисню (рис. 9 б, в), в той же час присутність вольфраму в поверхневому шарі не зафіксована (рис. 9 г).

Оксидна плівка, яка утворюється на поверхні конденсатів Сu-W з вмістом вольфраму 32,98 %(мас.), є суцільною (рис. 9 а), що забезпечує високу корозійну стійкість даної системи.

На підставі проведених гравіметричних досліджень були розраховані вагові і глибинні показники корозії у дистильованій воді для статичного режиму (табл. 2).

а	б
в	г
Рис. 9. Структура КМ Сu-W а - загальний вигляд плівки; у рентгенівському опроміненні: б - міді; в - кисню; г - вольфраму

Таблиця 2 Вагові і глибинні показники корозії КМ Cu-W

Хімічний склад КМ, % мас	Kваг, г/м2 •год	П, мм/рік	Бал корозійної стійкості
Cu	W
Решта	0,64	0,002	0,0017	Досить стійкі 2
Решта	3,57	0,0045	0,0038	Досить стійкі 2
Решта	8,27	0,0051	0,0043	Досить стійкі 2
Решта	15,23	0,0048	0,0041	Досить стійкі 2
Решта	20,39	0,004	0,0034	Досить стійкі 2
Решта	32,98	0,0036	0,0030	Досить стійкі 2

Структура конденсатів Cu-W після корозійних випробувань характеризується руйнуваннями конденсату залежно від технологічних умов отримання та розподілу компонентів у мікрошарах. При вмісті вольфраму в конденсатах до 0,64 %(мас.) поверхня руйнується на тих ділянках, де присутні дефекти структури. Спостерігаються ураження у вигляді корозійних язв, глибина яких сягає до 10 мкм (рис. 10).

Конденсати із вмістом вольфраму 20,39 %(мас.) меншою мірою піддаються руйнуванню порівняно із зразками меншої концентрації вольфраму. У КМ при вмісті вольфраму 32,98 %(мас.) відсутні будь-які руйнування на поверхні, навіть на тих ділянках, де є дефекти структури (рис. 11).

Рис. 10. Корозійні руйнування поверхні конденсату з концентрацією вольфраму 0,64 %(мас.)

Із аналізу корозійних діаграм видно, що з підвищенням вмісту вольфраму у конденсатах потенціал корозії зміщується в напрямку більш негативних значень, що свідчить про зниження швидкості протікання корозійних процесів (рис. 12). Це підтверджується значеннями розрахованих корозійних струмів, які з підвищенням вмісту вольфраму закономірно зменшуються (табл. 3).

а	б
Рис. 11. Корозійні руйнування поверхні конденсату з вмістом вольфраму 32,98 % (мас.): а - з боку початку конденсації; б - з боку кінця конденсації

Рис. 12. Корозійні поляризаційні діаграми конденсатів Cu-W з різним вмістом вольфраму, %(мас.): 1 - 0,67; 2 - 8,27; 3 - 32,98

Дослідження стійкості КМ Cu-W до окиснення в інтервалі температур 20-1000єС показали, що із збільшенням концентрації вольфраму початок процесу окиснення зміщується в бік більш високих температур, стійкість до окиснення зростає (рис. 13).

При концентрації вольфраму 0,67 %(мас.) температура початку процесу окиснення становить 365єС, при 32,98 %(мас.) - підвищується до 380 єС.

Таблиця 3Значення корозійних струмів конденсатів з різним вмістом вольфраму

№ п/п	Хімічний склад досліджуваних зразків, %(мас.)	lg i, А/см2	І, А/см2
	Cu	W
1	99,33	0,67	- 5,18	6,606•10-6
2	91,73	8,27	- 5,19	6,456•10-6
3	67,02	32,98	- 5,22	6,025•10-6

Рис. 13. Термограми КМ Cu-W з різним вмістом вольфраму, %(мас.): 1 - 0,67; 2 - 8,27; 3 - 32,98

Таким чином, корозійна стійкість і стійкість КМ Cu-W до окиснення підвищується залежно від збільшення вмісту тугоплавкого компоненту. Оптимальний вміст вольфраму в конденсатах, при якому ці матеріали є найбільш стійкими в корозійному відношенні становить більше 32 %(мас.).

Четвертий розділ присвячений вивченню мікро- і макроструктури, корозійних і механічних властивостей, стійкості до високотемпературного окиснення КМ Cu-Mo в широкому діапазоні концентрацій тугоплавкого компоненту.

Методом мікрорентгеноспектрального аналізу встановлено, що концентрація молібдену в конденсатах змінюється від 6,72 до 46,66 %(мас.). Металографічні дослідження свідчать, що КМ Cu-Mo мають шарувату структуру. Спостерігаються шари макрорівнів більше 1 мм, мікрорівнів - до 100 мкм та субмікрорівнів. Два останні шари нерідко об'єднувалися анізотропією нормального росту кристалів, що сприяло формуванню стовпчастої структури в межах декількох шарів. Встановлений вплив кількості тугоплавкої складової на характер структури двофазних конденсатів. Слабо виражена шарувата структура спостерігається при концентрації молібдену 7-8 %(мас.), границі макрошарів чіткі без порушення через шорсткість підкладки (рис. 14, а).

Із збільшенням вмісту молібдену з'являється контраст зображення, обумовлений різною природою елементів, і шари стають виразнішими (рис. 14, б). Границі між макрошарами носять хвилястий характер. Це пов'язано з підвищенням рівня неоднорідності розподілу молібдену по товщині, і відповідно в макрошарах конденсату. Іонне травлення макрошарів дозволило встановити їх градієнтний характер: макрошари відрізняються за складом та морфологією структури. Для шарів, збагачених молібденом, характерна анізотропна стовпчаста структура, об'ємна доля якої підвищується із збільшенням вмісту молібдену в конденсаті (рис. 15).

Рис. 14. Структура конденсату з вмістом молібдену, %(мас.): а - 7,62; б - 46,66

Для шарів, збагачених міддю, характерна переважно ізотропна структура, яка складається з полігональних зерен або з частинок сферичної форми.

Залежності границі міцності у_в, границі плинності у_0,2 і відносного подовження д від концентрації молібдену у вихідному стані при кімнатній температурі мають монотонний характер (рис. 16). При підвищенні концентрації молібдену від 0 до 20 %(мас.) пластичність різко зменшується, практично у 10 разів. Границя міцності у_в зростає від 180 до 520 МПа, границя плинності у_0,2 підвищується від 60 до 430 МПа, що пов'язано із подрібненням структури. Подальше підвищення вмісту молібдену до 30 %(мас.) призводить до підвищення границі міцності у_в до 600 МПа, що більше ніж у 3 рази перевищує границю міцності чистої міді. Границя плинності у_0,2 зростає до 520 МПа, що майже у 7 разів перевищує значення границі плинності конденсованої міді. Відносне подовження конденсатів при збільшенні концентрації молібдену знижується.

а	б
Рис. 15. Структура макрошарів з різним вмістом молібдену, %(мас.): а - 12,43; б - 28,49

Дослідження при температурі 600єС у вакуумі призводить до значного зниження характеристик міцності КМ порівняно з дослідженнями при кімнатній температурі.



Рис. 16. Залежність границі міцності у_в, границі плинності у_0,2 і відносного подовження д КМ Cu-Mo від вмісту молібдену при кімнатній температурі

З підвищенням концентрації молібдену до 40 % границя міцності у_в та границя плинності у_0,2 становлять 280 та 250 МПа відповідно, при цьому відносне подовження знижується практично до нуля.

З підвищенням концентрації молібдену в конденсатах помітно збільшуються значення мікротвердості. Оскільки конденсат Cu-Mo є шаруватим градієнтним матеріалом, відбиток почергово попадає на шари, що чергуються (табл. 4).

Таблиця 4 Залежність мікротвердості конденсатів Cu-Mo від вмісту молібдену

Хімічний склад композиту, %(мас.)	Товщина, мкм	Мікротвердість Нµ, Мпа
Cu	Mo		шар Cu	Шар Mo
решта	12,43	1360	16	24,8
решта	15,36	1300	20,1	26
решта	28,49	1080	2,07	28,5
решта	35,1	980	22,0	34,4
решта	40,36	860	23,8	36,5
решта	46,66	800	24,8	38,8



Рис. 17. Гравіметричні залежності КМ Cu-Mo з різним вмістом молібдену

Вплив концентрації молібдену на корозійну стійкість конденсатів досліджували гравіметричним методом (рис. 17). Із залежностей чітко видно, що підвищення вмісту молібдену призводить до втрати маси, що обумовлено процесами іонізації та переходом іонів міді та молібдену в розчин, причому з підвищенням вмісту молібдену процес інтенсифікується. Проведений аналіз середовища після корозійних випробувань підтвердив наявність значної кількості іонів молібдену у розчині (табл. 5).

Таблиця 5. Склад корозійного середовища після корозійних випробувань

Хімічний склад композитів, % (мас.)	Вміст іонів у середовищі після корозійних досліджень, мг/л
Cu	Mo	Сu	Mo
92,38	7,62	0,591	0,017
84,64	15,36	0,448	0,099
71,51	28,49	0,556	1,100
53,3	46,7	0,519	3,429
Вихідна вода	0,014	0,0

Зростання маси зразків після 50 годин випробувань можна пояснити утворенням на поверхні оксидної плівки, яка за результатами рентгенографічних досліджень є сумішшю Cu₂O та MoO₃ (рис. 18).

Рис. 18. Фрагмент рентгенограми поверхні конденсату після корозійних випробувань з вмістом молібдену 46,66 %(мас.)

Мікрофотографії, зроблені в рентгенівському опроміненні, підтверджують результати попередніх досліджень і показують, що оксидна плівка складається з міді, кисню та молібдену (рис. 19 б, в, г). Присутність молібдену сприяє тому, що плівка стає пористою і не суцільною. Ця плівка не виконує захисних властивостей для КМ Cu-Mo і корозійні процеси прискорюються з підвищенням вмісту молібдену. На основі проведених гравіметричних досліджень розраховані вагові і глибинні показники корозійної стійкості (табл. 6).

Таблиця 6 Вагові і глибинні показники корозії КМ Cu-Mo

Хімічний склад зразків,% (мас.)	Kваг, г/м2 •год	П, мм/рік	Бал корозійної стійкості
Cu	Mo
Решта	7,62	0,004	0,00343	Досить стійкі 2
Решта	15,36	0,05	0,0429	Стійкі 4
Решта	28,9	0,08	0,0687	Стійкі 5
Решта	46,7	0,09	0,777	Стійкі 5

Корозійні діаграми показали, що зі збільшенням вмісту молібдену потенціал корозії зміщується в напрямку більш позитивних значень, що свідчить про прискорення швидкості протікання корозійних процесів (рис. 20).

а	б
в	г
Рис. 19. Структура КМ Сu-Мо а - загальний вигляд плівки; у рентгенівському опроміненні: б - міді; в - кисню; г - молібдену

Рис. 20. Корозійні поляризаційні діаграми конденсатів Cu-Mo з вмістом молібдену, %(мас.): 1 - 7,62; 2 - 28,49; 3 - 46,66

Струми корозії закономірно збільшуються і становлять 3,162•10^-6, 3,981•10^-6, 4,466•10^-6 А/см² при вмісті молібдену 7,62; 28,49; 46,66 %(мас.) відповідно.

На основі структурних досліджень КМ після корозійних випробувань встановлено, що з підвищенням вмісту молібдену руйнування посилюються (рис. 21).

Дослідження стійкості КМ Cu-Мо до температури 1000єС показали, що із збільшенням вмісту молібдену в конденсатах початок процесу окиснення зміщується в бік нижчих температур, стійкість до окиснення знижується (рис. 22). При вмісті молібдену 7,62 %(мас.) температура початку процесу окиснення становить 375єС, при 46,66 %(мас.) - 365єС. Таким чином, корозійна стійкість і стійкість КМ Cu-Мо до окиснення знижується залежно від збільшення вмісту тугоплавкого компоненту. Оптимальний вміст молібдену в конденсатах, при якому ці матеріали є найбільш стійкими в корозійному відношенні становить 7-8 %(мас.).

а	б
в	г
Рис. 21. Корозійні руйнування на поверхні КМ з вмістом молібдену, %(мас.): а - 7,62; б - 12,43; в - 28,49; г - 40,36



Рис. 22. Термограми системи Cu-Mo з різним вмістом молібдену, %(мас.): 1 - 7,62; 2 - 28,9; 3 - 46,66

Не зважаючи на те, що молібден і вольфрам знаходяться в VI групі, побічній підгрупі періодичної системи і мають схожі властивості, вони по різному впливають на фізико-хімічні характеристики у композиційних матеріалах з міддю, що пояснюється різними значеннями електродних потенціалів.

Так, корозійна стійкість визначена гравіметричним методом, знижується при збільшенні концентрації молібдену і підвищується при збільшенні вмісту вольфраму. Це підтверджується корозійними діаграмами, із яких видно, що струми корозії з підвищенням вмісту тугоплавкого компоненту для КМ Cu-Mo зростають, а для КМ Cu-W знижуються. Така сама тенденція спостерігається при вивченні процесів високотемпературного окиснення термографічним методом: збільшення концентраціїП'ятий розділ присвячений практичному використанню КМ Cu-W, Cu-Mo. Проведене дослідно-промислове випробування нових КМ Cu-W у вакуумній дугогасній камері типу МВК 400 (виробництво Інституту теле- і радіотехніки у Варшаві, Польща), що є конструктивною частиною для переривників низької напруги на 1000 В, 400 A, 50 Гц, які використовуються в основному у вугільних шахтах. Результати випробувань у вакуумних дугогасних камерах показали перспективу їх використання у якості контактів для вакуумних вимикачів.

За результатами виконаних у дисертації досліджень запропоновано оптимальний склад компонентів в КМ Cu-Mo 7-8 %(мас.) для використання їх для розривних електричних контактів та в КМ Cu-W 52-54 %(мас.) - для контактів дугогасних камер.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що КМ Cu-W, Cu-Mo притаманна ієрархія шаруватої структури, особливості якої змінюються із збільшенням вмісту тугоплавкого компоненту. Поява шаруватості на мікро- і субмікрорівнях залежать від природи тугоплавкої складової, її взаємодії з міддю в присутності домішок і технологічних параметрів процесу. Виникнення шаруватості спостерігається при вмісті вольфраму 4-5 %(мас.) в КМ Cu-W і при вмісті молібдену 7-8 %(мас.) в КМ Cu-Mo.

2. Вперше встановлена залежність корозійної стійкості конденсатів Cu-W, Cu-Mo від процентного вмісту компонентів. З підвищенням вмісту вольфраму в КМ Cu-W корозійна стійкість підвищується, бал корозійної стійкості становить 2. У КМ Cu-Mo з підвищенням вмісту молібдену корозійна стійкість знижується. Бал корозійної стійкості при вмісті молібдену 7,62 %(мас.) і 46,66 %(мас.) становить 2 і 5 відповідно.

3. На основі потенціодинамічних досліджень вперше побудовані корозійні поляризаційні діаграми і розраховані струми корозії. Встановлено, що з підвищенням вмісту вольфраму в КМ Cu-W корозійні струми зменшуються, процес корозії гальмується. З підвищенням вмісту молібдену в КМ Cu-Mo показники корозійних струмів зростають, корозійний процес прискорюється.

4. Дослідження стійкості КМ Cu-W, Cu-Mo до температури 1000єС показали, що з підвищенням вмісту вольфраму в КМ Cu-W початок процесу окиснення зміщується в бік більш високих температур і стійкість системи до окиснення зростає. З підвищенням вмісту молібдену в КМ Cu-Mo початок процесу окиснення зміщується в бік більш низьких температур, стійкість системи до окиснення знижується.

5. Досліджені механічні властивості КМ Cu-W, Cu-Mo при кімнатній температурі на повітрі і температурі 600єС у вакуумі. Встановлено, що підвищення концентрації вольфраму і молібдену супроводжується підвищенням границь міцності, плинності та зниженням параметрів пластичності. Випробування при температурі 600єС засвідчили зниження механічних характеристик у порівнянні із дослідженнями при кімнатній температурі.

6. Натурні випробування показали, що оптимальний вміст молібдену для використання КМ Cu-Mo в якості розривних контактів, становить 7-8 %(мас.). Вміст вольфраму в КМ Cu-W, які рекомендовано для використання для контактів дугогасних камер, становить 52-54 %(мас.).

список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гречанюк В. Г. Структура и коррозионная стойкость КМ на основе меди и молибдена, полученных способом электронно-лучевой технологии / В. Г. Гречанюк, В. А. Денисенко // Современная Электрометаллургия. - 2008. - Вып. 4. - С. 27-29.

2. Коррозионная стойкость композиционных материалов медь-молибден для электрических контактов / В. Г. Гречанюк, В. А. Денисенко, И. Ф. Руденко [и др.] // Сб. “Электрические контакты и электроды” : Труды института проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины. - К., 2008. - С. 130-133.

3. Структура і фізико-хімічні властивості композиційних матеріалів на основі міді та вольфраму, отриманих методом електронно-променевого випаровування / Денисенко В. О., Минакова Р. В., Гречанюк В. Г. [та ін.] // Науковий вісник Чернівецького університету. - 2008. - № 422. - С. 26-32.

4. On the Corrosion Resistance of Cu-Mo Composite Materials obtained by PVD Method / V. G. Grechanuk, L. Orac, V. A. Denisenko [and ather] // Metallurgy and Materials science. - The Annals of “Dunarea de Jos” University of Galati Fascicle ІХ. - 2008. - № 2. - P. 85-90.

5. Чорновол В. О. Корозійна стійкість композиційних матеріалів Cu-W / В. О. Чорновол, В. Г. Гречанюк, І.Ф. Руденко // Сб. “Электрические контакты и электроды” : Труды института проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины. - К., 2010. - С. 207-211.

6. Пат. 86434 UA, МПК (2009), С23С 14/00, Н01Н 1/00, В32В 15/00. Композиційний матеріал для електричних контактів і електродів та спосіб його отримання / Гречанюк М. І. (UA), Гречанюк І. М. (UA), Денисенко В. О. (UA), Гречанюк В. Г. - № а 2007 03343 ; заявл. 28.03.07 ; опубл. 27.04.09, Бюл. № 8.

7. Денисенко В. А. Сравнительная оценка коррозионной стойкости композиционных материалов на основе меди, молибдена и тантала, используемых в качестве электрических контактов / В. А. Денисенко, В. Г. Гречанюк, Л. Орак // Тезисы междунар. конф. “Электрические контакты и электроды”. - Кацивели, 2007. - С. 18.

8. Corrosive and Thermal Stability of Composition Materials (Cu-Sn)-Mo / Grechanyuk V. G., Artuh Y.U., Denisenko V.O. [and ather] // 9-th International Conference on Electron Beam Technologies, 5-6 June 2009, Varna, Bulgaria. - Varna, 2009. - P. 223-225.

9. Denisenko V. O. Structure and corrosive firmness of composition materials on the of copper and molybdenum got method elektron-beam technology / V. O. Denisenko., V. G. Grechanyuk, L. Orac // Tehnologii si materiale avansate, 19-20 october, 2007, Galati. - Galati, 2007. - P. 1-5.

10. Denisenko V. O. Studies and research on mechanical properties and the influence of structural faults for the Cu-Mo composite materials obtained using the pvd metod / V. O. Denisenko., V. G. Grechanyuk, L. Orac // “International workshop on Geoenvironment & Geotechnics” 8, 9 September, 2008, Milos Conference Centre, Greece. - Р. 45-46.

11. Чорновол В. О. Корозійна стійкість композиційних матеріалів Cu-W / В. О. Чорновол, В. Г. Гречанюк // Тези конф. молодих вчених КНУБА, 16-18 листоп., 2010. - К., 2010. - С. 20.

АНОТАЦІЯ

Чорновол В. О. Структура і корозійна стійкість композиційних матеріалів Cu-Mo, Cu-W, отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. - Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, 2011.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню науково-технічного завдання з розробки нових КМ Сu-Mo, Cu-W, отриманих методом електронно-променевого випаровування-конденсації та вивчення особливостей їх структури і фізико-хімічних властивостей для потреб електротехнічної промисловості.

Встановлено, що конденсатам Cu-W, Cu-Mo притаманна ієрархія шаруватої структури на мікро- і субмікрорівнях, особливості якої залежать від природи тугоплавкої складової, її взаємодії з міддю в присутності домішок і технологічних параметрів процесу. У КМ Cu-W, Cu-Mo виникнення шаруватості спостерігається при вмісті вольфраму і молібдену 4-5 %(мас.) і 7-8 %(мас.) відповідно. Показано, що загальне підвищення концентрації тугоплавкого компоненту супроводжується підвищенням границь міцності, плинності та зниженням параметрів пластичності.

На основі комплексних досліджень встановлено залежність корозійної стійкості композитів від процентного співвідношення компонентів. Підвищення вмісту вольфраму в конденсатах Cu-W призводить до підвищення корозійної стійкості, що пов'язано з утворенням на поверхні суцільної оксидної плівки, яка складається з Cu₂O. У КМ Cu-Mo збільшення вмісту молібдену знижує корозійну стійкість, оскільки на поверхні утворюється порувата плівка, до складу якої входить MoO₃. Дослідження стійкості КМ Cu-Mo, Cu-W до температури 1000єС показали, що зростання вмісту вольфраму в КМ Cu-W підвищує стійкість системи до окиснення, швидкість протікання корозійних процесів гальмується. З підвищенням вмісту молібдену в КМ Cu-Mo стійкість до окиснення знижується, швидкість корозії прискорюється.

Дослідно-промислові випробування КМ в якості електричних контактів, засвідчили позитивний ефект використання КМ Cu-Mo в якості розривних контактів з оптимальним вмістом молібдену до 7-8%(мас.) та КМ Cu-W в якості вакуумних контактів для дугогасних камер з оптимальним вмістом вольфраму 52-54%(мас.).

Ключові слова: композиційні матеріали, структура, корозійна стійкість, оксидна плівка, електричні контакти.

АННОТАЦИЯ

Чорновол В. А. Структура и коррозионная стойкость композиционных материалов Cu-Mo, Cu-W, полученных методом электронно-лучевого испарения-конденсации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. - Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена решению научно-технического задания по разработке новых КМ Сu-Mo, Cu-W, полученных методом электронно-лучевого испарения-конденсации и изучению особенностей структуры и физико-химических свойств для потребностей электротехнической промышленности.

Установлено, что для конденсатов Cu-Mo, Cu-W характерна иерархия слоистой структуры. Появление слоистости на микро- и субмикроуровнях зависит от природы тугоплавкой составляющей, ее взаимодействия с медью в присутствии примесей и технологических параметров процесса. В системах Cu-W, Cu-Mo появление слоистости наблюдается при концентрации вольфрама и молибдена соответственно 4-5 %(масс.) и 7-8 %(масс.). При повышении количества упрочняющей составляющей в конденсатах появляется неравномерность распределения ее по толщине конденсата, что приводит к образованию концентрационных “сгустков”, которые являются зарождением новой столбчатой структуры. Концентрационные “сгустки” создают форму дискретных столбцов в виде конусов с округленными вершинами.

Установлено, что общее повышение концентрации тугоплавкой составляющей повышает границы прочности, текучести и понижает пластичность конденсатов.

На основании комплексных исследований установлено зависимость коррозионной стойкости конденсатов от процентного соотношения компонентов. Показано, что коррозионная стойкость конденсатов Cu-W с увеличением концентрации вольфрама возрастает, что объясняется образованием защитной оксидной пленки на поверхности КМ, которая состоит из Cu₂О. Она сплошная, не пористая и защищает КМ от коррозионных повреждений. Токи коррозии уменьшаются с повышением содержания вольфрама, процесс коррозии замедляется. В КМ Cu-Mo повышение концентрации молибдена снижает коррозионную стойкость, поскольку на поверхности образуется оксидная пленка, в состав которой входит MoО₃. Присутствие оксида молибдена приводит к образованию тонкой и рыхлой пленки. Такая пленка не обладает защитными свойствами и не защищает КМ от повреждений. Токи коррозии увеличиваются с повышением концентрации молибдена, процесс коррозии ускоряется.

Стойкость КМ Cu-Mo, Cu-W до температуры 1000єС с повышением тугоплавкой составляющей снижается для КМ Cu-Mo и повышается для КМ Cu-W.

Опытно-промышленные испытания КМ в качестве электрических контактов, показали положительный эффект использования КМ Cu-Mo в качестве разрывных контактов с оптимальным содержанием молибдена до 7-8 %(масс.) и КМ Cu-W у контактах вакуумных дугогасящих камер с оптимальным содержанием вольфрама 52-54 %(масс.).

Ключевые слова: композиционные материалы, структура, коррозионная стойкость, оксидная пленка, электрические контакты.

ABSTRACT

Chornovol V. O. Structure and corrosion resistance of Cu-Mo, Cu-W composite materials, obtained by electron-beam evaporation-condensation method. - Manuscript.

Ph.D. thesis in Engineering Science іn specialty 05.02.01 - material science. - The Frantsevych institute of material science of NAS of Ukraine, Kyiv, 2011.

Decision of scientific and technical task on development of the new composite materials such as Cu-Mo, Cu-W gotten by means of electron beam evaporation-condensation and study of their structure peculiarities and physical-chemical behavior for need of electro-technical industry is a purpose of dissertation work.

It is defined that Cu-W, Cu-Mo condensates are characterized by hierarchy of layered structure on micro- and submicro-levels, characteristics of which depend on nature of heat-resistant components, its interaction with copper in the presence of mixtures and technological parameters of the process. In Cu-W, Cu-Mo composite materials the layerage appearance is observed at content of tungsten and molybdenum like 5 % and 7-8 % respectively. It is showed that common increasing of heat-resistant component concentration is accompanied by increasing of strength, instability parameters and decreasing of plasticity parameters.

On the basis of comprehensive study the dependence of composite material corrosion resistance on component percentage ratio is determined. The increasing of tungsten content in Cu-W, Cu-Mo composite materials results in increasing of corrosion resistance, as a result of solid oxide film formation on the surface, which consists of Cu₂O. In Cu-Mo composite materials the increasing of molybdenum content decreases the corrosion resistance, because on the surface there is porous film, which consists of Cu₂O і MoO₃.

Study of Cu-Mo, Cu-W composite material temperature stability of 1000єС shows that increasing of tungsten content in Cu-W composite materials decreases system resistance to oxidation, rapidity of corrosion processes is decreased. If molybdenum content is increased in Cu-Mo composite materials, resistance to oxidation is decreased, rapidity of corrosion is increased.

The experimental-industrial testing of composite materials as electrical contacts showed positive effect of Cu-Mo composite material use as discontinuous contacts with optimal molybdenum content of 8 % and Cu-W composite materials as vacuum contacts for arch-quenching chambers with optimal tungsten content of 52 %.

Key words: composite materials, structure, corrosion resistance, oxide film, electrical contacts.

Размещено на Allbest.ru

...