Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук УКРАЇНИ

Інститут проблем матеріалознавства

ім. І.М. ФРАНЦЕВИЧА

УДК 621.762

оптимізація структури, властивостей ТА УМОВ ВИГОТОВЛЕННЯ Cr-Cu КОМПОЗИЦІЙ ДЛЯ ДУГОГАСИЛЬНИХ ВАКУУМНИХ КОНТАКТІВ З ПІДВИЩЕНОЮ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОЮ СТІЙКІСТЮ

Специальность 05.16.06 -“Порошкова металургія та композиційні матеріали

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Хоменко ОЛЕНА ВІКТОРІВНА

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України

Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Мінакова Рімма Валентинівна, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, м. Київ, пров. н. співр. лабораторії композиційних матеріалів електротехнічного призначення

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Панасюк Алла Денисівна, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, м. Київ, пров. н. спів. відділу конструкційної кераміки і керметів

кандидат технічних наук, професор, Степанчук Анатолій Миколайович Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри високотемпературних матеріалів і порошкової металургії

Провідна установа: Інститут надтвердих матеріалів НАН України ім.В.М. Бакуля, м. Киів, відділ технології твердих сплавів і композиційних матеріалів композиція дугогасильний електроерозійний гранулометричний

Захіст відбудеться “11” червня 2007 року о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.207.03 Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, вул. Крижанівського, 3.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, за адресою: 03142, м. Київ, вул. Крижанівського, 3.

Автореферат розісланий “ 7” травня 2007 року

Учений секретар

Спеціалізованої вченої ради

Доктор технічних наук Р.В. Мінакова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Модернізація комутаційних апаратів, що здійснюють управління електричними мережами високої напруги, передбачає заміну повітряних і масляних вимикачів вакуумними, котрі характеризуються вищими техніко-економічними показниками. Однією з вимог, що викликають певні труднощі в виробництві вакуумних вимикачів є одержання матеріалу дугогасильних контактів з високою електроерозійною стійкістю. Необхідний комплекс властивостей мають порошкові композиції Cr_Cu із вмістом хрому 25_50 % мас., які одержують рідкофазним спіканням. Відповідно до наукових принципів створення ерозійностійких матеріалів, розроблених школою І.М. Францевіча, оптимізація структури і властивостей композицій можлива за рахунок формування дисперсної структури взаємопроникних каркасів легкоплавкої і тугоплавкої складових із міцним адгезійним зв'язком на міжфазній межі. Особливості формування структури в системі Cr-Cu в залежності від властивостей вихідних порошків, умов спікання та обробки тиском на кінцевої стадіїї доущильнення композиції в літературі вивчено недостатньо. Відомо, що добавка елементів ряду заліза у композиції Cr-Cu сприяє поліпшенню експлуатаційних характеристик вакуумних контактів з них, але адгезійні характеристики й особливості структуро- та фазоутворення в цих системах при рідкофазному спіканні дотепер не досліджено.

В умовах комутації струму у вакуумі в робочому шарі контактів утворюється вторинна структура, формування якої супроводжується зміною експлуатаційних характеристик. Природу цього явища не вивчено, систематичні дослідження вторинної структури та її впливу на характер розповсюдження тепла в робочому шарі контактів в літературі відсутні.

Необхідність організації виробництва в Україні конкурентноздатних вакуумних вимикачів вимагає розробки композиційного матеріалу з поліпшеними експлуатаційними характеристиками. Одним із перспективних напрямків рішення цієї науково-технічної задачі є оптимізація структури, властивостей і умов одержання композицій Cr-Cu з підвищенною електроерозійної стійкістю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація відповідає основним науковим напрямкам робіт Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевіча НАН України і виконана в рамках НДР за темами:

· “Порівняльні дослідження особливостей структроутворення і формування властивостей Cr-Cu композиційних матеріалів при одержанні ефективними методами порошкової металургії, плавки і спецметалургії” 2000-2002 р. р.., ГР № 0103U003756;

· “Вивчення впливу взаємодії між вихідними структурними складовими, утворення та розкладу фаз на кінетику ущільнення та дисперсність кінцевих складових при рідкофазному формуванні багатокомпонентних композитів” 2004-2006 р. р., ГР № 0104U006146.

· “Теоретичне та експериментальне дослідження структурної чутливості електротехнічних матеріалів на основі хрому і міді”, 2006 р., ГР№ 0106U002584.

Мета і завдання роботи. Метою даної роботи є рішення науково-технічного завдання - встановлення закономірностей структурних змін і властивостей при виготовленні композицій Cr_Cu і оптимізація умов одержання заготовок вакуумних дугогасильних контактів з підвищеною електроерозійною стійкістю. Для досягнення поставленої мети необхідно було провести наступні дослідження:

*аналіз гранулометричного складу і морфології порошків хрому і міді та виявлення оптимальних режимів їх змішування;

*термодинамічне моделювання хімічної взаємодії хрому та мідді з домішками в різних середовищах в широкому інтервалі температур, та встановлення умов рафінування композиції в процесі спікання;

*вивчення адгезійних характеристик і дослідження особливостей структуроутворення в системі Cr-Cu при рідкофазному спіканні, а також впливу добавок Fe(Co, Ni) на ці процеси;

*аналіз кінетики ущільнення в умовах нагрівання й ізотермічної витримки в різних середовищах та оптимізація температурно-часових режимів спікання композиції;

*вивчення впливу обробки тиском на кінцевій стадії доущильнення на структуру і властивості композиції;

*розробку технологічних рекомендацій одержання Cr-Cu заготовок для виробництва вакуумних дугогасильних контактів з підвищеною ерозійною стійкістю;

*вивчення особливостей формування вторинної структури в робочому шарі Cr-Cu контактів та її впливу на характер поширення тепла в умовах дугового розряду.

Об'єктом дослідження є еволюція структури в системі Cr-Cu на етапах смішування порошків, рідкофазного спікання, гарячого штампування, а також від впливом електричної дуги в умовах, наближених до експлуатаційних.

Предметом дослідження є властивості порошків міді і хрому; закономірності структуро- та фазоутворення в системах Cu-Cr і Cr-Cu-Fe(Co,Ni) при рідкофазному спіканні; зміни фізико-механічних властивостей композиції Сr-50 % мас. Сu при холодному пресуванні та горячому штампуванні; мікроструктурні зміни робочого шару Cr-Cu контактів в умовах, наближених до експлуатаційних, а також вплив вторинної структури на характер розподілення тепла в робочому шарі контактів.

Методи дослідження: оптична і растрова мікроскопія; кількісна металографія з використанням розробленої комп'ютерної програми автоматичного аналізу зображення “АМИС”, Оже-спектроскопія, рентенофазовий аналіз та рентгеноспектральний мікроаналіз, дилатометрія; микродюрометрія, механічні випробування на розтяг, термодинамічне моделювання хімічної взаємодії в закритій системі (комп'ютерна програма “АСТРА”); моделювання поширення тепла в гетерогенному матеріалі в рамках тривимірної нестаціонарної задачі теплопровідності.

Наукова новизна отриманих результатів.

Уперше вивчені адгезійні характеристики систем Cr-Cu і Cr-Cu-Fe(Co,Ni) в інтервалі температур 1100-1300 ^оС у вакуумі. Контактний кут змочування хрому міддю характеризується слабкою залежністю від температури і попереднього насичення розплаву хромом (до 6 % мас.). При легуванні міді елементом ряду заліза кут змочування знижується і на межі тверде тіло - рідина утворюється перехідний шар, особливості будови і складу якого визначаються характером взаємодії добавки з компонентами системи Cr-Cu.

Уперше встановлено, що в процесі рідкофазного спікання композицій Cu-Cr тугоплавка складова формує каркас, що підтверджується виконанням термодинамічної умови каркасності, відповідністю теоретичної й експериментальної оцінок двогранного кута і числом контактів на одну частинку в мікроструктурі композицій. Основним механізмом росту частинок у мікроструктурі композицій зі вмістом хрому 37…40 і 50…55 % об. хрому є дифузійна коалесценція. Визначено константи швидкості росту частинок і оцінено коефіцієнт дифузії хрому в мідь при 1200 ^оС.

Уперше виявлено ефект диспергування тугоплавких частинок при рідкофазному спіканні (при температурах 1200 і 1270 ^оС) композицій потрійних систем Cr-Cu-Fe(Co, Ni) з електролітичним хромом. Зростання тугоплавких частинок при рідкофазному спіканні композицій Cr-Cu-Ni контролюється твердофазною дифузією елементів у перехідному шарі, що підтверджується оцінними розрахунками коефіцієнта взаємної дифузії по трьом дифузійним рівнянням в рамках моделі двох концентричних сфер.

Уперше проведене моделювання характеру поширення тепла в гетерогенному матеріалі Cr-Cu в залежності від дисперсності хрому в рамках тривимірної нестаціонарної задачі теплопровідності з урахуванням мікроструктурних змін, що відбуваються в контактах під впливом дуги. Диспергування хромових частинок при формуванні вторинної структури сприяє зниженню напруженості теплового режиму контактів за рахунок прискорення відводу тепла від поверхні і встановленню більш рівномірного розподілу температур у робочому шарі контактів.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в ході виконання роботи науково-прикладні результати використані при затвердженні технічних умов У3.88-14312068-20.6-96 на заготовки дугогасильних контактів з композиційного матеріалу ХM50В-КМ та при розробці технології їх одержання для використання в виробництві вакуумного вимикача ВБТЭ-10/20-1600. Проведено випробування на комутаційну здатність та механічну зносостійкість (по ГОСТ 687-78) контактів з матеріалів марки ХМ50В-КМ і ЭРХ35Д65-МП (виробництво “Полема-Тулачермет”, Росія) в дугогасильних вакуумних камерах типів КДВХ-10-12,5/1600 і КДВХ-10-20/1600 у випробувальних центрах “ГУП ВЭИ” (Москва, Росія) і НДІВН (Слов'янськ Донецької області, Україна). Порівняльні мікроструктурні дослідження робочого шару контактів показали, що електроерозійна стійкість матеріалу марки ХМ50В-КМ вища у порівнянні з матеріалом марки ЭРХ35Д65-КМ.

Особистий внесок автора. Основні результати і положення, що представляють суть дисертаційної роботи, здобувачем отримані самостійно. Вибір об'єктів дослідження, формулювання наукової мети роботи та обговорення результатів виконані разом з керівником дисертації. Спільно з Н. Д. Лісник проведені експерименти по вивченню адгезійних характеристик і закономірностей структуроутворення в системах Cr-Cu, Cr-Cu-Fe(Co,Ni); з О. І. Хоменко розроблена програма автоматичного аналізу зображення; з С. П. Гордіенко проведене термодинамічне моделювання хімічної взаємодії хрому і мідді з домішками при підвищених температурах; з В. В. Луковичем розроблена програма математичного тривимірного моделювання поширення тепла в композиції Cr-Cu; з М.Є. Головковою проведено рентгеноспектральний мікроаналіз.

Апробація результатів роботи. Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях: HTC-97 Proceed. Second Inter. Conf., Foundry Research Institute Cracow, Poland 1998 (Польща, 1998); “Электрические контакты” (Санкт-Петербург, 1996, 2002 р.); “Електрические контакты и електроды” (Крым, Ялта, ЭК-1995, ЭК-1998, ЭК-2000, ЭК-2005); “PM2004. World Congress at Exhibition” (Вена, 2004), “Сучасне матеріалознавство: досягнення і проблеми. ММ-2005” (Київ, 2005); 10-th International Conf. “Switching arc phenomena” Lodz (Польща, 2006).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 8 друкованих працях у фахових спеціалізованих журналах.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з введення, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (137 найменувань). Текст дисертації викладений на 133 стор., містить 42 рисунка, 21 таблицю і 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито актуальність і основні напрямки рішення науково-технічної задачі оптимізації структури, властивостей та умов одержання матеріалу вакуумних дугогасильних контактів. Обгрунтовано доцільність розвитку данного напрямку досліджень, показано наукове і практичне значення роботи.

У першому розділі проведено літературний огляд досліджень по вивченню впливу складу матеріалу контактів на їх робочі характеристики, а також основних труднощів одержання Cr-Cu композицій с необхідними властивостями. Перспективними напрямками удосконалення технології одержання композицій Cr-Cu є оптимізація складу, регулювання дисперсності і зв'язаності структурних складових, а також підвищення адгезійної міцності міжфазних меж за рахунок легування міжфазноактивними легуючими добавками. Встановлено, що легування елементами Fe(Co, Ni) композиції Cr-Cu приводить до поліпшення експлуатаційних характеристик вакуумних контактів. Однак, у літературі відсутні дослідження впливу цих елементів на адгезійні характеристики і формування структури в дисперсній системі Cr-Cu.

В умовах комутації струму у вакуумі в робочому шарі контактів формується вторинна структура, утворення якої супроводжується зміною експлуатаційних характеристик. У літературі недостатньо освітлені питання, пов'язані зі змінами морфології структури робочого шару контактів під впливом дуги і їх зв'язком з вихідною структурою матеріалу. На основі літературного огляду зроблено висновки щодо актуальності роботи, сформульовані мета і шляхи її досягнення.

У другому розділі представлені характеристики вихідних порошків, розглянуто умови оптимізації режиму змішування, проведено термодинамічний аналіз взаємодії основних компонентів системи Cr-Cu з домішками, що входять до складу технічно чистих порошків, в різних середовищах при підвищених температурах.

У роботі використані порошки електролітичної міді (99,3 % мас. Сu), хрому відновленого гідридом кальцію (99,3 % мас. Cr) і електролітичного рафінованого (99,93 % мас. Cr). Морфологію частинок вивчали на растровому електронному мікроскопі, аналіз гранулометричного складу - на фотоседиментаційній установці “SK Laser Micron Sizer”; хімічний склад порошків визначали хімічним і спектральним методами; зміст кисню, азоту і водню встановлювали методом відновлювальної екстракції (ГОСТ 27417-98). З огляду на технічну чистоту і високу сорбційну здатність порошків, вивчали характер розподілу домішок у поверхневих шарах частинок відновленого хрому методом Оже-спектроскопії.

У стані постачання частинки електролітичної міді мають дендритну форму і середній розмір 35 мкм (рис.1, а). Хімічний склад порошку (мас. %): O _ 0,3; S - 0,02; Fe - 0,05; Pb - 0,1; As - 0,005; Sb _ 0,01; С - 0,1, S 0,1; Si - 0,01; Н 0,002. Порошок відновленого хрому має середній розмір часток 8 мкм і складається переважно з конгломератів частинок (рис.1, б); хімічний склад порошку (% мас.): О - 0,3, N ? 0,007, Н ? 0,003 C - 0,06, Si - 0,09, Fe - 0,15, Ca - 0,1, Ni - 0,1. Частинки електролітичного порошку хрому мають довільну полігональну форму і середній розмір 100 мкм (рис.1, в); хімічний склад порошку (% мас.): O - 0,04, N ? 0,007, H ? 0,003, C - 0,008, Si -0,008, S - 0,002, P ? 0,001 , Fe - 0,008 , Ni -0,05.

Істотне розходження в гранулометричному складі і морфології частинок порошків відновленого хрому й електролітичної міді в стані постачання приводить до розшарування їх суміші при пресуванні, транспортуванні і збереженні. Попереднє розмелення міді у вібраційному млині сприяє зміні гранулометричного складу і морфології частинок, але підвищує вміст кисню в порошку. Встановлено оптимальний режим попередньої підготовки міді (вибророзмелення 30 хв, відновлювальний відпал), який забезпечує якісне змішування міді з порошком відновленого хрому (у стані постачання) в кульовому млині продовж 6 год. Однорідність суміши (як характеристика її якості) визначена по відповідності розподілу концентрації хрому в шихті (за даними хімічного аналізу в 50 пробах) нормальному.

Досліджено вплив середовища і температури на фазовий склад та концентрації продуктів хімічної взаємодії хрому і міді з основними домішками, що містяться в складі вихідних порошків (рис.2.).

Розрахунки проведено з використанням комп'ютерної програми термодинамічного моделювання хімічних реакцій у закритій системі “АСТРА” ( Ватолін, Сіняряев ) у температурному інтервалі 1000 - 1800 К в аргоні ( 0,1 МПА~ 1атм.), вакуумі і проточному водні (90% мас. від маси системи). В умовах дослідження домішки взаємодіють переважно з хромом. При нагріванні у вакуумному і водневому середовищах при температурах вище 1400 К (1127 ^оС) можливе рафінування композиції при взаємодії кисню з вуглецем або воднем і частковим видаленням домішок з конденсованої фази у вигляді газоподібних продуктів реакції. Результати термодинамічного аналізу узгоджуються з даними експерименту: після спікання зразків складу Сг_ 50% мас. Cu протягом 1 год. при 1200 ^оС у водні (з точкою роси _60 ^оС) зміст кисню в них зменшується майже в 3 рази: з 0,20 до 0,07 % мас.

У третьому розділі представлено результати вивчення адгезійних характеристик і закономірностей структуроутворення в подвійних і потрійних системах Cr-Cu і Cr-Cu-Fe(Co,Ni ) при спіканні в присутності рідкої фази. Змочування хрому міддю та бінарними сплавами вивчено в інтервалі температур 1100...1300 ^оС у вакуумі методом “спочиваючої краплі” при спільному або роздільному нагріванні об'єктів контактної пари підкладка - крапля. Витримка при температурі основного експерименту складала 1 хв. Пластини хрому (підкладки) отримували дуговим переплавом електролітичного порошку (99,93% мас. Cr). Змочувальною компонентою були мідь ОСЧ (99,999 % мас. Cu) та бінарні сплави складу (% мас.): Cu-3,4Cr; Cu-6Cr; Cu-5Fe, Cu-10Fe, Cu-8,6Ni і Cu-9,8Co. В якості добавок використано електролітичний хром (99,93% мас. Cr), карбонільне залізо (99,95 % мас. Fe), електролітичні нікель і кобальт (99,99% мас. осн. металу) які сплавляли з міддю у вакуумі (3...4)10^-3 Па або (4...5)10^-2 Па при температурі на 50...100 ^оС вище ліквідусу подвійної системи Сu-добавка продовж 1 год. Потім злитки піддавали гомогенізуючому відпалу для усунення концентраційної неоднорідності. Контактні кути змочування вимірювали по “тіньовому” зображенню “затверділої” краплі на інструментальному мікроскопі УИМ-21. Середнє значення розраховували на підставі усереднення не менш 10 значень протилежних кутів. Похибка вимірів складала 1^о (при 10^о - 5^о). Особливості структуро- та фазоутворення в системах Cr_т-Cu_р і Cr_т_(Cu+добавка)_р вивчали на зразках, які виготовляли по методиці: вільно насипаний порошок хрому дегазували у вакуумі (3...4)10^-3 Па, і, не порушуючи герметичності камери, просочували міддю, або бінарними сплавами при температурі 1200 ^оС. Час ізотермічної витримки варіювали від 3 хв. ( роздільне нагрівання об'єктів ) до 2,5 год ( спільне нагрівання об'єктів ). Використовували сплави складу (% мас.): Cu_10Fe, Cu_9,8Сo, Cu_(1,8; 8,6; 21)Ni. Вміст хрому в зразках складав 37...40 % об. (32…35 % мас.), або 50…55 % об. (45...50 % мас.) Cr. Методика експерименту забезпечувала повне просочення зразків. При статистичному аналізі мікроструктури зразків об'єм вибірки складав не менш 2000 замірів на кожному із 3...5 полей зору; інструментальна похибка вимірів лінійних розмірів складала 0,2 мкм, двогранних кутів: 0,1^о. Апроксимацію експериментальних залежностей лінійними функціями здійснювали методом найменших квадратів.

Система Cr_т-Cu_р характеризується високою роботою адгезії W_a і слабкою залежністю контактного кута змочування від температури і попереднього насичення розплаву хромом, що вказує на швидке розчинення хрому в розплаві і розтіканні насиченого розплаву по поверхні підкладки (табл. 1).

Таблиця 1 Контактні кути змочування (, град) і робота адгезії (Wa*, мДж/м²) в системах Crт-Cuр і Crт-(Cu +Cr)р у вакуумі (3...4)10^-3 Па (роздільне нагрівання об'єктів контактної пари)

Перелік ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА темОЮ дисертації

1.Лесник Н.Д., Минакова Р.В., Хоменко Е. В. Система хром-медь: адгезионные характеристики, легирование, структура композиционных материалов.// Порошковая металлургия, 2001, -№ 7/8. - С. 137-147.

Дисертанткою виготовлено зразки для досліджень, вивчені адгезійні характеристики та особливості структури перехідної зони, результати обговорено із співавторами.

2. Гетьман О.И., Лесник Н.Д., Минакова Р.В., Хоменко Е.В. Формирование структуры при спекании в присутствии жидкой фазы в системах Cr-Cu-металл семейства железа. 1.Система Cr-Cu //Порошковая металлургия, - 2006. -№5/6 -С.3-9.

Дисертанткою визначено мету та методи досліджень, проведено частину розрахунків, обговорено результати із співоавторами, зроблені висновки.

3. Гетьман О.И., Лесник Н.Д., Минакова Р.В., Хоменко Е.В. Формирование структуры при спекании в присутствии жидкой фазы в системах Cr-Cu-металл семейства железа. 2. Система Cr-Cu-Fe(Co,Ni).// Там же, - 2006. - №7/8 - С.19-25.

Дисертанткою проведено розрахунки і мікроструктурні дослідження, обговорено результати із співавторами, зроблені висновки.

4. Хоменко Е. В., Хоменко А И., Минакова Р. В., Лукович В. В., Картузов В. В. Анализ теплового режима рабочего слоя Cr-Cu дугогасительных контактов при коммутации тока в вакууме // Математическое моделирование и вычислительный эксперимент в материаловедении. Сб. трудов ИПМ НАНУ, Вып. 8, 2006. - с. 78-87.

Дисертанткою визначено задачу, частково проведено розрахунки, зроблені структурні дослідження, обговорені результати із співавторами, зроблені висновки.

5. Хоменко А.И., Хоменко Е.В. Программа автоматизации микроструктурного анализа. // Порошковая металлургия, 2007, №1/2. - с.122-127.

Дисертанткою визначено задачу, проведено частину розрахунків, обговорено результати зі співавтором, сформульовані висновки.

6. Минакова Р.В., Хоменко Е.В., Лесник Н.Д., Чураков М.М. Композиционные материалы для контактов и электродов. 2. Материалы на основе хрома. // Сб. науч. тр., “Электрические контакты и электроды”, К.: ИПМ НАНУ, 1996. - С.105-116.

Дисертанткою виконано структурні дослідження, результати роботи обговорено із співавторами.

7. Минакова Р.В., Хоменко Е.В., Добровольский В.Д., Копылова Л.И., Кресанова А.П., Головкова М.Е. Особенности вторичной структуры в рабочем слое Cr-Cu вакуумных контактов // Сб. научн. тр., 1999. - К..: ИПМ НАН Украины. - с. 99-111.

Дисертанткою виконано структурні дослідження, мікродюрометричний анализ, результати роботи обговорено із співавторами, зроблені висновки.

8. Минакова Р.В., Крячко Л. А. Кресанова А.П. Хоменко Е.В. Структурно-эрозионные явления на композиционных контактах на воздухе, в масле и в вакууме. // сб. тр. “Электрические контакты и электроды”, К.: ИПМ НАН Украины, - 2001 г. - С. 103-122.

Дисертанткою виконано мікроструктурні дослідження робочої поверхні та перерізів робочого шару, результати обговорено із співавторами.

9. Минакова Р.В., Хоменко Е.В., Лаптев А.В. О факторах оптимизации структуры и свойств при изготовлении композиционных материалов Cr-Cu электрических контактов // Докл. Межд. Конф. “Электрические контакты и электроды, К.: ИПМ НАНУ.- 2004. - С.125-126.

Дисертанткою виконано зразки, структурні дослідження, мікродюрометричний аналіз, результати роботи обговорено із співавторами.

10. Минакова Р.В., Лесник Н.Д. Хоменко Е.В. Междун. конференция “Современное материалловедение: достижения и проблемы” ММS-2005. Под ред. акад. НАН Украины В.В. Скорохода 26-30 сентября 2005 г. г. Киев, Украина. Тезисы докладов Т.1. с. 483-484.

Дисертанткою виконано зразки, структурні дослідження, мікродюрометричний аналіз, розрахунки, результати роботи обговорено із співавторами.

Аннотация

Хоменко Е.В. “Оптимизация структуры, свойств и условий получения композиций Cr-Cu для вакуумных дугогасительных контактов с повышенной электроэрозионной стойкостью”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.06. - порошковая металлургия и композиционные материалы.- Институт проблем материалловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2007.

Диссертация посвящена изучению особенностей структурообразования и физико-механических свойств порошковых композиций Cu-Cr, а также микроструктурных изменений рабочего слоя Cr-Cu контактов при воздействии дуги и оптимизации условий получения заготовок для вакуумных дугогасильных контактов.

Изучены химический состав, морфология и гранулометрический состав исходных порошков электролитической меди и восстановленного хрома и оптимизированы режимы их смешивания. Проведено термодинамическое моделирование химического взаимодействия хрома и меди с основными примесями в составе порошков (O, C, Si, S, Fe) в интервале температур 1000-1800 К в различных средах, на основании которого оптимизированы условия спекания (среда, температура) позволяющие снизить содержание кислорода в композиции Cr-50Cu в 3 раза (до уровня 0,07-0,08 % мас.).

Изучены адгезионные характеристики и особенности структурообразования в системах Cr-Cu и Cr-Cu-Fe(Co, Ni) в вакууме в интервале температур 1100-1300 ^оС композиций Cr-Cu при спекании в присутствии жидкой фазы. Установлен основной механизм роста тугоплавких частиц в микроструктуре композиции Cr-Cu, которым является диффузионная коалесценция. Определены константы скорости роста частиц, время начального периода коалесценции и оценен коэффициент диффузии хрома в меди. Обнаружено, что при спекании композиций Cr_Cu_Fe(Co) с электролитическим хромом тугоплавкие частицы диспергируются, на их поверхности образуется переходной слой, состав и морфология которого определяются природой добавки. Диффузия в твердой фазе переходного слоя контролирует процесс роста тугоплавких частиц при спекании, что подтверждается оценочными расчетами коэффициента взаимной диффузии в переходном слое в рамках модели 2-х концентрических сфер.

Изучена кинетика уплотнения композиции Cr-50 % мас. Сu при нагреве и изотермическом спекании в водороде и в вакууме при 1200 ^оС. Проведена теоретическая и экспериментальная оценки уплотняемости композиции в процессе спекания при 1200 ^оС, а также изучено влияние горячей штамповки на ее уплотняемость и физико-механические свойства. Показано, что горячая штамповка, реализующая сдвиговые деформации, обеспечивает существенное повышение свойств композиции, в том числе плотности до 99 % от теор. Изучены микроструктурные изменения в рабочем слое контактов Cr-Cu в условиях близких к эксплуатационным. Разработаны и утверждены технические условия У3-14312068-20,6-96 на заготовки вакуумных дугогасительных контактов из композиционного материала ХМ50В-КМ .и внедрена технология их получения на ГП “Генератор” (Киев).