ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ ПСЕВДОСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ДОБАВКАМИ НАНОЧАСТИЦ ZNO И TIN

Комплексные исследования материалов на основе меди Cu–ZnO (нано), Cu–TiN (нано) стандартными методами механических испытаний в сочетании с металлографическими, электронно-микроскопическими исследованиями с использованием энергодисперсионного и термического анализов позволили установить стабильные корреляционные связи между содержанием добавок наночастиц, параметрами микроструктуры и физико-механическими свойствами псевдосплавов. Разработаны и обоснованы технологические приемы повышения однородности распределения модифицирующих добавок наночастиц ZnO и TiN по объему псевдосплава, исключающие их конгломерацию. Предложены новые оригинальные способы введения наночастиц в матричный материал в виде лигатуры из Cu–Al–ZnO или медных порошков, покрытых наночастицами TiN. Высокая удельная поверхность и реакционная способность нанопорошков обеспечивают возможность снижения керамической фазы в электроконтактных материалах (до 2,0–3,0 % вместо 10–15 % в сравнении с известными коммерческими марками). В результате сохраняются на достаточно высоком уровне основные свойства, характерные для матричного материала (меди): теплои электропроводность, и, одновременно, повышается общий уровень физико-механических (твердость, прочность, износостойкость) и эксплуатационных свойств композиционных псевдосплавов. Основные характеристики композиционных материалов на основе меди: электросопротивление (ρ ~ 0,025 мкOм·м), прочность соединения с материалом контактодержателя (σ ~ 2 MПa), включения дисперсной керамической фазы – обеспечивают снижение электроэрозионного износа (до 2,5 раз) в сравнении с традиционными материалами.

1. Гнесин Г.Г. Спеченные материалы для электротехники и электроники: Справ. изд. М.: Металлургия, 1981.

2. Braunovic M., Konchits V.V., Myshkin N.K. Electrical contacts: Fundamentals, applications, and technology. London, N.Y.: CRC Press, Teilorand Francis Group, 2007.

3. Holm H. Electric contacts. Berlin: Springer-Verlag, 2010.

4. Doducodate book of electrical contacts. Doduco GmbH - Stieglitz Verlag, Auflage, Neuauflage, 2012.

5. Zhou D., Qiu F., Wan H., Jian Q.J. Manufacture of nanosized particle-reinforced metal matrix composites // Rev. Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2014. Vol. 27. No. 5. P. 798-805.

6. Slade P.G. High current contacts: A review and tutorial // Proc. 21st Intern. Conf. on electrical contacts (Sept. 2002). Zurich, Switzerland: University of Zurich, 2002. P. 413-424.

7. Ahn B.D., Kang H.S., Kim J.H., Jee S.H., Yoon Y.S., Kim D.J. Synthesis and analysis of Ag-doped ZnO // J. Appl. Phys. 2006. No. 100. P. 093701.

8. Dulin F.H., Rase D.E. Phase equilibria in the system ZnO-TiO2 // J. Amer. Ceram. Soc. 1960. Vol. 43. No. 3. P. 125-131.

9. Findik F., Uzun H. Microstructure, hardness and electrical properties of silver-based refractory contact materials // Mater. Design. 2003. No. 24. P. 489-492.

10. Shubin A.A., Sidorak A.V., Ivanov V.V. Synthesis of complex oxides CdO-ZnO-SnO2 for electrical contacts // Russ. J. Appl. Chem. 2014. Vol. 87. No. 3. P. 258-264.

11. Hemmi R., Yokomizu Y., Matsumura T. Anode-fall and cathode-fall voltages of air arc in atmosphere between silver electrodes // J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. Vol. 36. P. 1097-1106.

12. Leung C., Streicher E., Fitzgerald D. Welding behavior of Ag/SnO2 contact material with microstructure and additive modifications // Proc. 50th IEEE Holm Conf. on electrical contacts and the 22nd Intern. Conf. on electrical contacts (20-24 Sept. 2004). Seattle, USA, 2004. P. 64-69.

13. Gordeev Yu.I., Zeer G.M., Zelenkova E.G., Abkaryan A.K., Surovtsev A.V., Teremov S.G., Plotnikov N.P. Prospects of nanoparticles application in contact of urban electric transport // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2012. Vol. 53. No. 4. P. 351-355.

14. Gordeev Yu.I., Abkaryan A.K., Zeer G.M., Lepeshev A.A., Zelenkova E.G. Effect of liquid-phase sintering as means of quality enhancement of pseudoalloys based on copper // IOP Conf. Ser. J. Phys. 2017. Vol. 803. P. 012050.

15. Николаева Н.С., Иванов В.В., Шубин А.А., Сидорак А.В. Электропроводность композита Ag/ZnO на основе химически осажденных смесей // Персп. материалы. 2013. No. 8. С. 68-73.

16. Zhu Y., Zhou Y. Preparation of pure ZnO nanoparticles by a simple solid-state reaction method // Appl. Phys. A. 2008. Vol. 92. Р. 275-278

17. Norton D.P., Heo Y.W., Ivill M.P. ZnO: growth, doping and processing // J. Mater. Today. 2004. Vol. 6. P. 34-40.

18. Hahn Y.B. Zinc oxide nanostructures and their applications // Korean J. Chem. Eng. 2011. Vol. 28. No. 9. P. 1797-1813.

19. Andrievski R., Glazer A. Strength of nanostructures // UFN. 2009. Vol. 179. No. 4. P. 337-358.

20. Колобов Ю.Р., Валиев Р.З. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. Новосибирск: Наука, 2001.

21. Зеер Г.М., Зеленкова Е.Г., Белоусов О.В., Белецкий А.А., Николаев С.И., Ледяева О.Н. Электроконтактный материал на основе серебра, дисперсно упрочненный никелем, оксидами титана и цинка // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. No. 9. C. 935-940.

22. Zeer G.M. Investigation of the microstructure and properties of electrocontact silver-zinc oxide nanopowder material // Phys. Met. Metallogr. 2012. Vol. 113. No. 9. P. 902-906.

23. Gordeev Y.I., Abkaryan A.К., Binchurov A.V., Yasinsky V.B. Design and investigation of hard metal composites modified by nanoparticles // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1040. P. 13-18.

24. Коршунов А.В. Размерные структурные эффекты в процессах окисления металлов. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2013.

25. Белошапко А.Г., Букаемский А.А., Кузьмин И.Г., Ставер А.М. Динамический синтез порошков диоксида циркония // Физика горения и взрыва. 1993. Vol. 29. No. 6. C. 111-112.

26. Ушаков А.В., Редькин В.Е., Жарков С.М., Соловьев Л.А. Влияние давления газовой смеси на свойства электродуговых порошков нитрида титана // Неорган. материалы. 2003. Vol. 39. No. 3. С. 337-341.