Получение псевдосплавов CuCr осаждением меди из раствора на порошки хрома при одновременной механической активации смеси
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-4-14-21
Аннотация
Для получения композитных частиц СuCr использован метод осаждения меди из раствора ее сульфата на частицы порошка хрома при одновременной механической активации (МА) смеси в планетарной шаровой мельнице АГО-2 в течение 5 мин. Концентрация CuSO4·5H2O в растворе при полном восстановлении меди обеспечивала молярное соотношение Cu/Cr = 1. Осажденная мелкокристаллическая медь обладает высокой активностью и на воздухе быстро окисляется до оксида Cu2O, поэтому отмывку, сушку и хранение полученных композитных порошков проводили в атмосфере аргона. После сушки дополнительно выполняли МА смеси в течение 5 мин. При МА в растворе начинают формироваться композитные частицы с ламинатной структурой. Из полученных порошков прессовали таблетки диаметром 3 мм, высотой до 1,5 мм и плотностью 4,2–4,5 г/см3. Образцы спекали в атмосфере аргона при температуре 700–1400 °С. Для сравнения микроструктур также спекали образцы из смесей порошков металлов Cr и Cu с объемным соотношением хрома и меди 50 : 50, полученных простым смешением в фарфоровой ступке в течение 20 мин и МА длительностью 10 мин. В зависимости от температуры нагрева можно выделить три области формирования структуры сплава. При температурах нагрева ниже температуры плавления эвтектики композитные частицы спекаются в отдельных точках. При температурах нагрева выше температуры ликвидуса осуществляются плавление и фазоразделение сплава; одна часть образца состоит из меди, обогащенной хромом, другая – из хрома, обогащенного медью. При промежуточных температурах нагрева происходит жидкофазное спекание, сопровождающееся фазоразделением. Частицы хрома, обогащенные медью, приобретают сферическую форму и находятся в медной матрице, обогащенной хромом. Сравнение спеченных в одинаковых условиях образцов из смесей порошков, полученных разными способами, показало, что более равномерную и мелкозернистую структуру имеют образцы с осажденной медью.
При поддержке: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-03-00438
Об авторах
С. Г. Вадченко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Е. В. Суворова
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Инженер лаборатории динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Н. И. Мухина
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Технолог лаборатории физического материаловедения
142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
И. Д. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, науч. сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований
142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Е. В. Илларионова
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Инженер-исследователь лаборатории динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Список литературы
1. Kojima H., Nishimura R., Okudo H., Sato H., Saito H., Noda Y. Conditioning mechanism of Cu—Cr electrode based on electrode surface state under impulse voltage in vacuum. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2011. Vol. 18. No. 6. P. 2108—2114. DOI: 10.1109/TDEI.2011.6118651.
2. Zhang C., Yang Z., Wang Y., Ding B. Properties of nanocrystalline CuCr50 contact material. Adv. Eng. Mater. 2005. Vol. 7. No. 12. P. 1114—1117. DOI: 10.1002/adem.200500139.
3. Shkodich N.F., Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Moskovskikh D.O., Sachkova N.V., Rouvimov S., Mukasyan A.S. Bulk Cu—Cr nanocomposites by high-energy ball milling and spark plasma sintering. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 617. P. 39—46. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.07.133.
4. Chang S.-H., Chen S.-H., Huang K.-T., Liang C. Improvement in sintering characteristics and electrical properties of Cr60Cu40 alloy targets by hot isostatic pressing treatment. Powder Metall. 2013. Vol. 56. No. 1. P. 77—82. DOI: 10.1179/1743290112Y.0000000038.
5. Dobatkin S.V., Gubicza J., Shangina D.V., Bochvar N.R., Tabachkova N.Y. High strength and good electrical conductivity in Cu—Cr alloys processed by severe plastic deformation. Mater. Lett. 2015 Vol. 153. P. 5—9. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2015.03.144.
6. Zhang C., Yang Z., Wang Y., Ding B., Guo Y. Preparation of CuCr25 contact materials by vacuum induction melting. J. Mater. Process. Technol. 2006. Vol. 178. P. 283—286. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.04.010.
7. Dirks A.G., Van den Broek J.J. Metastable solid solutions in vapor deposited Cu—Cr, Cu—Mo, and Cu—W thin films. J. Vac. Sci. Technol. 1985. Vol. A3. P. 2618—2622. https://doi.org/10.1116/1.572799.
8. Чердынцев В.В., Калошкин С.Д., Сердюков В.Н., Томилин Н.А., Шелехов Е.В. Кинетика механического сплавления в несмешивающейся системе Сu50Сr50. Физика металлов и металловедение. 2004. Т. 97. No. 4. С. 71—78.
9. Рогачев А.С., Кусков К.В., Московских Д.О., Усенко А.А., Орлов А.О., Шкодич Н.Ф., Алымов М.И., Мукасьян А.С. Влияние механического активирования на тепло- и электропроводность спеченных порошков Cu, Cr и композита Cu/Cr. ДАН. 2016. Т. 468. No. 5. С. 508— 511. DOI: 10.7868/S0869565216170114.
10. Fang Q., Kang Z., Gan Y., Long Y. Microstructures and mechanical properties of spark plasma sintered Cu— Cr composites prepared by mechanical milling and alloying. Mater. Des. 2015. Vol. 88. P. 8—15. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.08.127.
11. Fang Q., Kang Z. An investigation on morphology and structure of Cu—Cr alloy powders prepared by mechanical milling and alloying. Powder Technol. Ser. A. 2015. Vol. 270. P. 104—111. DOI: 10.1016/j.powtec.2014.10.010.
12. Patra S., Mondal K. Densification behavior of mechanically milled Cu—8 at % Cr alloy and its mechanical and electrical properties. Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2014. Vol. 24. P. 608—622. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2014.10.006.
13. Song-Hua Si, Hui Zhang, Yi-Zhu He, Ming-Xi Li, Sheng Guo. Liquid phase separation and the aging effect on mechanical and electrical properties of laser rapidly solidified Cu100–xCrx alloys. Metals. 2015. No. 5. P. 2119— 2127. DOI: 10.3390/met5042119.
14. Chai Lin Jiang, Zhou Zhi Ming, Xiao Zhi Pei, Tu Jian, Wang Ya Ping, Huang WeiJiu. Evolution of surface microstructure of Cu—50Cr alloy treated by high current pulsed electron beam. Sci. China. Tech. Sci. 2015. Vol. 58. P. 462—469. DOI: 10.1007/s11431-015-5774-7.
15. Rogachev A.S., Kuskov K.V., Shkodich N.F., Moskovskikh D.O., Orlov A.O., Usenko A.A., Karpov A.V., Kovalev I.D., Mukasyan A.S. Influence of high-energy ball milling on electrical resistance of Cu and Cu/Cr nanocomposite materials produced by Spark Plasma Sintering. J. Alloys Compd. 2016. Vol. 688. P. 468—474. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.061.
16. Кусков К.В., Седегов А.С., Новицкий А.П., Непапушев А.А., Московских Д.О., Шкодич Н.Ф., Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Влияние содержания хрома в нанокристаллическом псевдосплаве медь—хром на его структуру и свойства. Росс. нанотехнологии. 2017. Т. 12. No. 1—2. С. 32—37. DOI: 10.1134/S1995078017010074.
17. Weichan C., Shuhua L., Xiao Z., Xianhui W., Xiaohong Y. Effect of Mo addition on microstructure and vacuum arc characteristics of CuCr50 alloy. Vacuum. 2011. Vol. 85. P. 943—948. DOI: 10.1016/j.vacuum.2011.02.001.
18. Sheibani S., Heshmati-Manesh S., Ataie A. Influence of Al2O3 nanoparticles on solubility extension of Cr in Cu by mechanical alloying. Acta Mater. 2010. Vol. 58. P. 6828—6834. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.09.012.
19. Yang Z., Zhang Q., Zhang Ch., Sun Y., Ding B. Influence of microstructure of CuCr25 cathode on the motion of vacuum arc spots. Phys. Lett. 2006. Vol. A 353. P. 98—100. DOI: 10.1016/j.physleta.2005.12.023.
20. Vadchenko S.G., Boyarchenko O.D., Shkodich N.F., Rogachev A.S. Thermal explosion in various Ni—Al systems: Effect of mechanical activation. Int. J. SHS. 2013. Vol. 22. No. 1. P. 60—64. DOI: 10.3103/S1061386213010123.
21. Hiroaki Okamoto. Desk handbook — Phase diagrams for binary alloys. 2-nd ed. Ed. ASM Int. Mater. Park. Ohio. USA. 2010. P. 276. 44073-0002. www.asminternational.org.
22. Александров В.Д., Александрова В.Н., Баранников А.А., Добрица Н.В., Малиновская Н.Е., Фролова С.А. Плавление и кристаллизация капель меди, серебра и золота. Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 6. C. 86—89. https://doi.org/10.1134/1.1359845.
23. Gao J., Wang Y.P., Zhou Z.M., Kolbe M. Phase separation in undercooled Cu—Cr melts. Mater. Sci. Eng. 2007. Vol. A. No. 449—451. P. 654—657. DOI: 10.1016/j.msea2006.02.379.
24. Zhiming Zhou, Tao Zhou, Linjiang Chai, Jian Tu. Microstructure and liquid phase separation of CuCr alloys treated by high current pulsed electron beam. Mater. Res. 2015. Vol. 18. Suppl. 1. São Carlos Nov. Epub. Oct. 23. 2015. http://dx.doi.org/10.1590/1516-1439.323714.
25. Wang Y., Song X., Sun Z., Zhou X., Guo J. The solidification of CuCr alloys under various cooling rates. Mater. Sci. Poland. 2007. Vol. 25. No. 1. P. 199—207. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(06)60367-1.
26. Hauf U., Kauffmann A., Kauffmann-Weiss S., Feilbach A., Boening M., Mueller F.E.H., Hinrichsen V., Heilmaier M. Microstructure formation and resistivity change in CuCr during rapid solidification. Metals. 2017. Vol. 7. Iss. 11. P. 478. DOI:10.3390/met7110478.
27. Sheibani S., Heshmati-Manesh S., Ataie A. Synthesis of nano-crystalline Cu—Cr alloy by mechanical alloying. Int. J. Modern Phys. Conf. Ser. 2012. Vol. 5. P. 496—501. DOI: 10.1142/S2010194512002395.
Рецензия
Для цитирования:
Вадченко С.Г., Суворова Е.В., Мухина Н.И., Ковалев И.Д., Илларионова Е.В. Получение псевдосплавов CuCr осаждением меди из раствора на порошки хрома при одновременной механической активации смеси. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(4):14-21. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-4-14-21
For citation:
Vadchenko S.G., Suvorova E.V., Mukhina N.I., Kovalev I.D., Illarionova E.V. Preparation of CuCr pseudo-alloys by deposition of copper from a solution onto chromium powders with simultaneous mechanical activation of the mixture. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2020;(4):14-21. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-4-14-21
Просмотров:
591
Послать статью по эл. почте 