Получение и свойства композиционных материалов из смеси механически легированных гранул и медного порошка

Из порошков меди, ее оксида, алюминия и графита методом механического легирования в аттриторе в воздушной среде изготовлены гранулы размером 45–315 мкм. Их структура представляет собой медную основу с размером зерен 150–300 нм, по границам которых расположены включения фазы γ-Al2O3 размерами 30–60 нм и небольшие количества промежуточной фазы Cu–Al2O3 и углерода. Микротвердость гранул находится в пределах 1500–2100 МПа. Путем двукратного прессования–спекания смеси медного порошка и механолегированных гранул получены образцы композиционных материалов с содержанием гранул 30, 50 и 70 мас.%. Исследовались их механические свойства, электропроводность и структура в зависимости от температуры спекания и количества гранул. При различных содержаниях гранул свойства материалов, спеченных при 900 °C, изменяются в следующих пределах: электропроводность – 55÷70 % от электропроводности меди марки М1, твердость – 60÷93 НВ, предел прочности на растяжение – 150÷230 МПа. При этом прочность и твердость при увеличении массовой доли гранул возрастают, а электропроводность – снижается. Структура материала, содержащего 30 % гранул, представляет собой медную матрицу с включениями на основе гранул, микротвердость которых составляет 1150–1700 МПа. В образцах, в составе которых присутствует 70 мас.% гранул, образуется каркас, заполненный медной фазой. Твердость материала с массовой долей гранул 50 % после нагрева в течение 120 мин при t = 900 °C уменьшается менее чем на 15 %.

1. Ganapathis S., Owen D.M., Chokshi A.H. The kinetics of grain growth in nanostructured Cu // Scripta Met. Mater. 1991. Vol. 25. No. 18. P. 2699—2704.

2. Michalski A., Rosiń ski M., Siemiaszko D., Jaroszewicz J., Kurzydłowski K.J. Pulse plasma sintering of nano-crystalline Cu powder // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 114. P. 239—244.

3. Michalski A., Jaroszewicz J., Rosiń ski M., Siemiaszko D., Kurzydłowski K.J. Nanocrystalline Cu—Al2O3 composites sintered by the pulse plasma technique // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 114. P. 227—232.

4. Afshar A., Simchi A. Abnormal grain growth in alumina dispersion strengthened copper produced by an internal oxidation process // Scripta Mater. 2008. Vol. 58. P. 966—969.

5. Afshar A., Simchi A. Flow stress dependence on the grain size in alumina dispersion-strengthened copper with a bimodal grain size distribution // Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 518. No. 1. P. 41—46.

6. Кузьмич Ю.В., Колесникова И.Г., Серба В.И., Фрейдин Б.М. Механическое легирование / Отв. ред. Е.Г. Поляков. М.: Наука, 2005.

7. Gertsman V.Y., Birringer R. On the Room-temperature grain growth in nanocrystalline copper // Scripta Met. Mater. 1994. Vol. 30. No. 5. P. 577—581.

8. Шалунов Е.П., Довыденков В.А. Высокоресурсные электроды контактной сварки из медных композиционных материалов с нанодисперсными упрочняющими фазами // Электрические контакты и электроды: Тр. Ин-та проблем материаловедения НАН Украины. Киев, 2004. С. 190—201.

9. Lovshenko F., Lovshenko G. Mechanically alloyed heat resistant materials. Theory and manufacturing technology // Mater. 14th Sci. Intern. Conf. CO-MA-TECH. Trnava (Slovak Republic), 2006. Р. 778—784.

10. Fujimaki Hirohoko, Takaai Tetsuya, Kiuchi Mahabu. Aluminum oxide dispersion strengthened copper by mechanical alloying // Funtai Oyobi Funmatsu Yakin. 1996. Vol. 43. No. 3. P. 377—382.

11. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling. N.Y.: Marcel Dekker, 2004.

12. Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф., Хина Б.Б., Ловшенко З.М., Лозиков И.А. Термодинамическое моделирование гетерогенного взаимодействия при механическом легировании в системах на основе меди // Вестн. Белорус.- Росс. ун-та. 2012. No. 1. С. 23—35.

13. Дорофеев Ю.Г., Дорофеев В.Ю. Технологии горячего прессования и деформирования порошковых заготовок // 50 лет порошковой металлургии Беларуси: История, достижения, перспективы / Под ред. А.Ф. Ильющенко, Е.Е. Петюшик, В.В. Савич. Минск: Изд. центр «Книга», 2010. С. 85.

14. Dovydenkov V.A., Simonov V.S., Shalunov E.P., Yarmolyk M.V. Granule formation kinetics in the process of mechanical alloying and their influence upon the properties of materials Cu—Al—O—C and Cu—Ti—C—O // Proc. World Congress PM-2004. Vienna, 2004. Vol. 1. Р. 177—180.

15. Довыденков В.А., Ярмолык М.В. Гранулирование композиций на основе меди при реакционном размоле в аттриторе // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц.покрытия. 2009. No. 3. С. 18—22.

16. Довыденков В.А., Ярмолык М.В., Буев А.Р., Леухин А.В. Нанокристаллические материалы с термически устойчивой структурой // Изв. вузов. Физ.-мат. науки. Поволжский регион. 2009. No. 2. С. 136—142.

17. Suryanarayana C. Recent developments in mechanical alloying // Rev. Adv. Mater. Sci. 2008. No. 18. C. 203— 211.