автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Теоретическое обоснование и разработка составов электроконтактных материалов для транспортных средств

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

/

АВТОМОБИЛЬНОГО И ТРАКТОРНОГО .МАШИНОСТРОЕНИЯ (МАМИ)

р г 5 ОД 2 9 АПР 1395

На правах рукописи

Родионов Михаил Юрьевич

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность: 05.16. 01. - Металловедение и "термическая обработка

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА 1995

ч

Ч

Работа выполнена на кафедре "Технология конструкционных ^ материалов" Московской Государственной Академии автомобильного и трактрного машиностроения

Научный руководитель: Академик РАЗЕ, профессор,

доктор технических наук Арзамассв Владимир Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Моисеев Владислав Федорович

кандидат технических наук, доцент

Еенёвцев Виктор Иванович

Ведущее предприятие: АО ВНЙИМП, г.Серпухов

Защита состоится " " 1996 'года в часов

на эаседании Специализированного Совета К063. 49. 02 при Московской Государственной Академии автомобильного и тракторного машиностроения в аудитории Б-301 ( 105839, ГСП, Москва, Б.Семеновская 38 )..

С диссертацией можно' ознакомиться в" научно-техклческой библиотеке Академии.

Ваши отзывы на автореферат в * 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан " 1996 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СОВЕТА

к. т. н. , профессор У ' р " яуЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Проблема разработки и получения материалов со специальными свойствами является одной из фундаментальных в современной науке и технике.

Эффективность, а во многих случаях и безопасность эксплуатации транспортных средств, зависит от надежности широкого ассортимента электроконтактов, работоспособность которых обеспечивается прежде всего видом контактного материала и способом его обработки.!

Хотя в настоящее время и существует относительно большой выбор электроконтактных .материалов ( ЭКМ ), необходимость в совершенствовании их свойств продолжает оставаться. Особенно остро эта задача стоит при создании высоконагруженных ЭКМ, предназначенных для работы .в условиях дугообразования в среде с повышенным содержанием па-оов бензина, масел и влаги, при больших контактных нажатиях и высоких частотах срабатывания.

При создании-.новых ЭКМ, в том числе и.высоконагруженных, большее значение имеют исследования зависимости рабочих характеристик И состава сплава. Однако в литературе практически отсутствуют систематические данные по влиянию легирования на тепло- и электропроводность, эмиссионные и прочностные свойства сложных композиций, а имеющиеся, лишь описывают влияние условий эксплуатации электроконтактов на их рабочие характеристики, не раскрывая особенностей механизмов,., протекающих внутри контактного материала, которые и яз-ляются причиной, определяющей работоспособность контактного узла.

Поэтому необходимы дальнейшие исследования разработки методов создания ЭКМ с заданным комплексом свойств, что возможно лишь на основе понимания особенностей фазовых превра.-?ний и химических реакций как внутри, так и на поверхности электроконтактов.

Кроме того, заводы, поставляющие материал, при разработке технических условий должны иметь обоснованные требования к оптимальным свойствам и составу ЭКМ и к разработке по методам контроля готовой продукции, что также предполагает знание процессов, происходящих при термической обработке сплазов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование взаимодействия вольфрама с дисперсными частицами на основе металлов ЗА и 4А групп, их влияния на основные свойства, отвечающие требованиям, предъявляемым к злектроконтактам.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Изучены закономерности влияния дисперсного упрочнения вольфрама соединениями металлов ЗА (ТЬ, У, Ьа) и 4А

(Н1\ 2г) групп. Качественно и количественно выполнен анализ возможных реакций взаимодействия легирующих добавок с вольфрамовой матрицей в широком диапозоне температур. Для ряда сплавов определены а температурные границы изменения механизма коалесценции роста частиц вторых фаз. Определено вдияние термической обработки, деформации, количества и вида легирующих добавок на свойства сплавов, отвечающих основным требованиям, предъявляемым к электроконтактным материалам. На основе исследований кинетики гетерогенных реакций предложена методика определения толщины окиекой плёнки; позволяющая прогнозировать переходное сопротивление ка стадии проектирования электроконтактного материала. Предложена методика неразрушающего контроля качества заготовок для электроконтактов, позволяющая при необходимости обеспечить Д00%-ый контроль готовой продукции. Ка основе теории активированного термокатода Ленгмюра и проведённых исследований представлен механизм работы и структурных изменений высоко-Нагруженных электрококтактов на-основе дисперсно-упрочнённого воль-■ " фрама при работе в вакууме и кислород-содержащей сред-г.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Установленные закономерности и разработанные методики позволили создать составы высоконагруженных злект-роконтактных материалов на основе дисперсно-упрочнённого вольфрама с'высоким ресурсом работы. •

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертационной работы докладыва------ --"лись на 3-м международном симпозиуме "Дисперсно-упрочнённые материалы", (Чебоксары - 1993), международной конференции по электромеханике и электротехнологии (Суадаль-1994) и международной конференции "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств" (Суздаль- 1995).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ. ОБЩИЙ ОБЪЕМ И СТРУКТУРА. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы, приложения; содержит 160 листов машинописного текста, 51 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 123 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Систематизированы сведения характеризующие условия работы ЭКЫ. Рассмотрено действие основных групп факторов, влияющих на. работоспособность электроконтактов. Проанализированы основные варианты

классификации электроконтактов. . Рассмотрены процессы, протекающие на контактной поверхности, при возникновении электрической дуги различной интенсивности. Проанализировано действие теплового потока и окружающей среды на процессы эрозии, а также эмпирические зависимости, позволяющие определить температуру контактных точек, величину эрозии и значение основной рабочей характеристики -- переходного сопротивления. Основываясь на собранных сведениях и требованиях, предъявляемых к ЭКМ, сделан вывод о том, что обеспечение стабильной и надёжной работы электроконтактов связано с вопросами устойчивости структурного состояния в широком температурном интервале.

1. 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ

Рассмотрены преимущества и недостатки чистого вольфрама, как материала для высоконагруженных электроконтактов, а также особенности его работы и технологические приёмы, позволяющие повысить надёжность вольфрамовых электроконтактов.

Собраны и проанализированы сведения о применении сплавов вольфрама в качестве высоконагруженных электроконтактов. Подробно рассмотрено влияние твёрдорастворного упрочнения на работоспособность вольфрам-рениевых контактов, а также возможности комплексного упрочнения вольфрама с учётом технологических особенностей производства этих материалов. Дан общий обзор псевдо-сплавов на основе вольфрама. Приведены сведения о применении тяжёлых сплавов вольфрама в качестве высоконагруженных электроконтактов.

Анализ литературных данных показал, что систематические исследования структуры, химического и фазового состава дисперсно-упрочнённых вольфрамовых сплавов, их влияние на эксплуатационные характеристики высоконагруженных электроконтактов крайне ограничены. Поэтому изучение данных аспектов представляет как теоретический, так и практический интерес. В связи с этим и в соответствии с целью работы поставлены следующие задачи исследования:

1. Научно-обоснованный выбор легирующих добавок, способных обеспечить необходимый комплекс свойств электроконтактов на основе вольфрама.

2. Экспериментальное исследование закономерностей изменения строения и комплекса свойств сплавов вольфрама в зависимости от вида легирующей добавки и ее количества.

3. Изучение, влияния степени деформации на строение и физико-механические свойства сплавов вольфрама.

4. Исследования термической стабильности структуры и свойс

сплавов вольфрама. Б. Анализ влияния фазового состава на переходное сопротивле^

и эрозию электрических контактов на основе вольфрама. 6. Разработка методики контроля качества электрических конте тов.

2. НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫЙ ВЫБОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЗЛЕКТРОКОНТАКТОв' 2.1. ВЫБОР ОСНОВЫ И ЛЕГИРУКВДХ ДОБАВОК ДЛЯ ВЫСОКО-НАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ | Балловая классификация металлов, проводившаяся по основа пунктам требований предъявляемых к электроконтактам, I позволила вь • вить общее направление поиска перспективной металло-основы злетр контактов различного назначения и показала, что в качестве оснс для высокскагруженных коммутирующих электроконтактов (ВКЗК) тугс ■ лавкие металлы имеют явное преимущество . перед металлами высоь проводимости. Проведён качественный анализ перспективности введем легирующих добавок в вольфрам. Показано, что в этом качестве вс можно применение соединений на основе редких металлов ЗА (У.Ьа,1 и 4 А (Zr.Hr) групп, имеющих высокие температуры плавления и киг ния, высокую термическую стабильность и оптимальные значения рабе

----------— -выхода электрона. Анализ теоретических и экспериментальных иссле;

вачий фазового состава, структуры и физико-механических свойс различных материалов позволил предположить общий параметр оде* эффективности применения материалов-в качестве ВКЭК, который ощ деляет электрическое напряжение в момент дестидения на поверхнос контактоного материала температуры рекристаллизации:

где ~ТР - температура рекристаллизации материала, К ;

Л» - коэф. удельной теплопроводности материала при Т

2. 3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СПЛАВАХ ВОЛЬФРАМА С ЛЕГИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ Показано что, методика оценки стабильности дисперстных чаез в матрице, основанная на сравнении свободных энергий образо!

Гр

- удельная электропроводность материала при Тр, Он-м .

о

ния а в £ , имеет существеные недостатки: неучет.относительного количества компонентов реакции, хотя активность компонентов зависит от их количества; предположение о невозможности растворения компонентов друг в друге противоречит экспериментальным данным, кроме того необходимо учитывать, что при взаимодействии дисперсных вклк>-чений с металлической матрицей образование оксидов матричного металла не происходит. Поэтому наиболе вероятным механизмом взаимодействия частиц второй фазы с основой в дисперсно-упрочненных сплавах является механизм, предложенный Кубашевским и Эвансом . Предполагается, что при отсутствии обменного механизма взаимодействие протекает по реакции:

Ме + М^Н, - *-[Ме*]Не + У-[И]Ме

т. е. взаимодействие протекает путем диссоциации соединения и последующего- поэлементного растворения легирующего элемента и неметалла в матрице. Термодинамическими расчётами для систем " V/ -- оксиды, карбиды, нитриды, бориды У, Ьа, Тй, 2г,. ИГ' установлены температурные зависимости равновесной мольной доли этих соединений в вольфрамовой матрице. На основе расчётов сделан вывод, что наиболее стабильными соединениями будут (в порядке убывания) ТЬ0г,Уа03, Саа03 , НЛЭ2, 2г02', 2гМ , НГН , растворимость которых в вольфраме мала вплоть до температуры плавления матрицы. -

' 2. 3. ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ВОЛЬФРАМЕ. Основываясь на теоретических исследованиях кинетики коалесцен-ции частиц за меру относительной стабильности соединения было принято отношение диффузионных потоков в системах и У-ТШ2. Анализ результатов сравнительной термокинетики стабильности тугоплавких соединений в вольфраме в широком температурном интервале показал, что наименьшей скоростью коалисценции будет обладать система 5А'-ТЬОг и далее (в порядке убывания) следуют оксиды иттрия, лантана, гафния, затем нитриды, бориды и карбиды, что соответствует данным термодинамического аначиза.

2. 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ОКРУЖАЩЕЙ СРЕДОЙ, ПРОТЕКАЩИЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОЛЬФРАМОВЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ Систематизированы сведения, характеризующие взаимодейств':-.; вольфрама с веществами, которые теоретически могут войти в состав

рабочей среды: СО, С02, NxOy, СХНУ, 50г, Ог, водяные пары. Разобрана кинетика реакций с указанием продуктов реакций и их температурными интервалами существования.

а

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

Приводятся маркировка и состав сплавов систем \/-Уг03, У-Ьа205, W-Kfo, И-ггИ, У/-У205-НГ0г-мо, У-НП^-г/о , описаны методь исследования данных объектов, приводятся принципиальные схемы установок.

Структура сплавов изучалась с помощью светового микроскопа МИМ-8М в светлом и темном поле, а также в поляризованном свете при увеличении 100...1000х. Для металлографического исследования вырезанные из прутка образды заливались в протакрил и подвергались шлифованию, полированию и травлению в реактиве Мураками. Элементь - - - -■тонкой структуры образцов после термообработки изучались на горя-

четравленных в реактиве Шрайера шлифах. .""-.. - На нетравленных шлифах в поляризованном свете определялся размер вторых фаз и их объемная доля по точечному методу Глаголева при среднеквадратичном отклонении ~ 0,02.

Для изучения фазового состава образды сплавов подвергались рентгеноструктурному (РСА) и микрорентгеноструктурному (МРСА) анализам. МРСА проводился с помощью установки МЗ - 46 "Сатеса" на ----исходных и отожженных образцах,, а РСА на установке ДР0Н-2 -- на деформированных образцах.

Микротвердость измерялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 100г с погрешностью а Н =¡5... 10%.

Плотность образцов до и после испытаний измерялась пикнометри-ческим методом с точностью - 5-10 г/см3. Образцы взвешивались на аналитических весах АДВ-200М.

Термическая обработка образцов сплавов проводилась на вакуумной установке, созданной на базе электропечи СНВЛ-1. 6/М01, разогревающей образцы до 3200°С и более прямым пропусканием электрического тока в вакууме до 103Па или в атмосфере инертного газа. Вакуум создавался пластинчато-роторным насосом НВР-5Д и диффузионным Н-2Т с азотной ловушкой. Термообработка проводилась по режиму: ступенчатый нагрев до температур 1000... 3000°С в течение 0,3. ..0,5 часа, еы-держка при "рабочей" температуре в течение 1...10 часов и быстрое охлаждение со скоростью до 300°С/сек для фиксации высокотемпратур-ного состяния.

Измерения темпратуры образцов производились оптическим пирометром ЛОП-72 с пределами измерения 900... 6000"с, с систематической погрешностью 3... 5°С и среднеквадратичным отклонением случайной погрешности ± 3°С.

Измерение коэффициента теплопроводности осуществлялось модифицированным методом Кольрауша при пропускании тока через образец диаметром 5 мм и длиной 60 мм.

| Для определения теплофизических свойств использовалась несколько модифицированная установка ИМАЩ-20-75 (установлены дополнительные молибденовый и танталовый экраны, заменены токопроводы и деожатели образца и т.п.), обеспечивающая получение вакуума до 6,6-•10 Па с помощью форвакуумного насоса НВМ-1-2 и паромасляного диффузионного насоса Н-1С-2 с применением азотной ловушки. Температура измерялась оптическим пирометром "ПРОШИБ" с пределами измерения 800...5000°С, с систематической погрешностью" 14°С и среднеквадратичным отклонением случайной погрешности 2. ..22°С. Кромё того,. устаноЕ.ка ИМАШ-20-75 позволяет проводить исследования прочностных свойств образцов сплавов при высоких температурах.

Измерения работы выхода электрона осуществлялись на специально сконструированной установке ," позволяющей проводить исследования в • безмаслянном вакууме не хуже 10~ Па 'при нагреве образца электронной бомбардировкой в температурном интервале 1000... 2400°С. Температура-образца измерялась оптическим пирометром ЗОП-бб' с пределами измерений 800.. .•10000°С, с систематической погрешностью 2... 4°0 и"среднеквадратичным откланением погрешности 2... 6 °С. Для исследования Ч> использовался метод полного тока , позволяющий измерять среднюю эффективную работу выхода электрона, включающую в себя температурную зависимость работы выхода.

Эрозионные испытания электроконтактов проводились на стендах завода АТЭ-2, имитирующих работу электроконтактов в агрегатах системы зажигания автомобильных двигателей.

Эксплуатационные испытания проводились на автомобилях марки АЗЛК-2141.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ НА ФЙЗИК0-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО ВОЛЬФРАМА

В данном разделе описаны результаты исследований особенностей влияния структурного состояния на физико-механические свойства

-■fO -

дисперсно-упрочненного вольфрама, как перспективного материала для высоконагруженных коммутирующих электроконтактов.

ч 4.1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА

В СПЕЧЁННОМ СОСТОЯТ-''ЯК Анализ результатов металлографических исследований сплавов -пльфчама показал, что исследуемые сплавы системы V- Ме*Ну имеют характерную дисперсно-агрегатную структуру.] Зёрна матрицы полиэдрической форма имеют извилистые плохо протравляющиеся границы. Результаты пикнометрического анализа показали', что плотность исходных образцов отличается от теоретической, что говорит о наличии пористости. Так, в сплаве W ~l,5%YBe наблюдаются крупные сообщающиеся поры , при этом удельное электросопротивление и микротвёрдость имеют максимальные значения, что свидетельствует о диссоциации легиру-. ..._..ющей добавки YBe уже на стадии спекания. Для остальных сплавов характерна мелкая, рассеянная пористость , обусловленная' технологи_________ческими особенностями спекания.. . Также.необходимо отметить существенную стабилизацию структуры сложным легированием, наблюдаемую в сплавах системы V-HfO^-Mo и W-Y203-Hf02-Mo .

4. 2. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ НА ФИЗИК0-МЕХАНИЧЕСКИЕ .... СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА _____Исследования влияния степени деформации на. твердость, плотность, электропроводность и температуру рекристаллизации проводились на иттрированном вольфраме, с содержанием 0,5 и 1,5 масс. % У203. Для этого при температуре 1500... 1600 "С спеченные прутки были подвегрнуты ковке в обжимках со степенью деформации 10% и прессованию на 30... 50Z. Оказалось, что все образцы, изготовленные из сплава V-1,5%Y203 , разрушаются в процессе прессования, т.е. пластическая деформация этого сплава более чем на 55% невозможна, в связи с повышенной хрупкостью металлокерамического вольфрама с большим содержанием второй фазы. Поэтому лишь образцы из сплава W-0,5%Y203 удалось продеформировать на 90% продольной прокаткой с промежуточными отжигами.

Исследования микроструктуры деформированных сплавов показали, что структура сплава W-1,5%Y203 при степени деформации 10% характеризуется незначительной ориентированностью, присущей для малых степеней деформации. С ростом степени деформации образцов ориентированность зерен увеличивается вместе с коэффициентом асимметрии их

формы . Одновременно снижается выход годного материала, составляющего 95... 97% при £=30... 35%, а при £=»55% все образцы разрушаются з процессе деформации даже проводимой при температурах максимальной пластичности вольфрама — 1400... 1600 °С . Образцы из сплава У-0,5%Уг03, которые удалось продеформировать на 90% , имеют волокнистую структуру, характерную для высоких степеней деформации .

Результаты исследований твердости, плотности, электропроводности и температуры начала рекристаллизации, позволили установить | некоторые закономерности влияния степени деформации на комплекс фи- | зико-механических.характеристик металлокерамического вольфрама. В; частности, было замечено, что с ростом степени деформации возраста- . ет плотность сплава, которая для сплава У-0,5%Уг03 при £ = 90% ' приближается к теоретической. Аналогичная зависимость наблюдается и ' для микротвердости, растущей с увеличением степени деформации и ' искаженности кристаллической решетки матрицы. Однако, подобные из-, менения влияют на значительное снижение электропроводности, причем это снижение не компенсируется некоторым увеличением Злектропровод- ; ности за счет большей компактности и ориентации вытянутых зерен ! вдоль оси образца. Рост степени деформации ведет также к закономерному снижению температуры начала рекристаллизации сплавов, что обусловлено увеличением накопленной внутренней энергией , и если в сплаве У-1,5%У203, деформированном на 10%, рекристаллизация'начинается лишь при температуре 2000 °С, то в сплаве М-0,5%Уг03 ( € «90%) — уже при температуре 1400°С, т. е. близка .к таковой для нелегированного вольфрама.

Таким образом, результаты проведенных исследований показывают, что увеличение степени деформации металлокерамического вольфрама свыше 10%, т. е. свыше деформации, необходимой для стабилизации размеров и некоторого увеличения компактности, нежелательно, т. к. ведет к ухудшению теплофизических свойств сплавов и снижению термической стабильности структуры и свойств, определяющих работоспособность электроконтактных материалов.

4. 3. ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА ЛЕГИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА

В данном разделе изложены результаты исследования влияния количества наиболее термодинамически стабильной добавки Уг03 на плотность, пористость, удельное сопротивление и работу выхода электрона итерированного вольфрама.

-S2-

Анализ полученных результатов показал, что с увеличением количества легирующей добавки наблюдается закономерное изменение свойств сплавов. Увеличение содержания в сплаве второй фазы естественно ведет к снижению плотности сплава. Однако, одновременно ухудшается спекаемость и возрастает пористость, что вызывает более резкий рост удельного электросопроивления по сравнению с расчитанным для компактного материала, причем особенно резкое увеличение пористости отмечается, начиная с 2% Уг05 .

Меньшее влияние количества введенной дисперсной фазы оказывает на значение работы.выхода электрона сплавов. Однако, необходимо отметить, что начиная с 1% Уг0з наблюдается существенное снижение (менее 4эВ при 2200 °С). Увеличение легированности сплавов до 3 масс. % значительного влияния на термоэмиссиоонные свойства материала не оказывает.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что увеличение количества легирующей добавки ведет к снижению как работы выхода электрона, так и ухудшает теплофизические свойства,поэтому до- . пустимыми пределами изменения активной фазы являются 0,5. ..1,5%.

4. 4. ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ФИЗИК0-МЕХАНИЧЕСКИЕ . " . ' . " СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА

Для исследования процессов изменения структуры и свойств с температурой образцы саеченных и деформированных сплавов подвергались серии отвсигов при температурах нагрева "1200... 3200 °С прямым пропусканием электрического тока в течение-1... 10 часов с последующим резким охлаждением со скоростью до 300°С/сек. Затем проводились комплексные исследования микроструктуры, фазового состава, микротвердости и электросопротивления закаленных образцов, причем повышенное внимание уделялось '.материалам с более высоким содержанием легирующей добавки, т. к. предполагается, что их условия работы наиболее жесткие. j

Результаты исследований,! характеризующие свойства сплавов после термообработки в зависимости от температуры часового отжига, показывают, что существеное увеличение плотности наблюдается начиная с температур 2200... 2400 °С, т.е. происходит доспекание, не полностью прошедшее при температурах косвенного нагрева в индукционных электропечах. Плотность близкая к теоретической достигается при максимальных температурах отжига, приближающихся к предплавильным температурам сплавов (за исключением сплава с добавками YBS, кото-

рый имея в исходном состоянии минимальную плотность, спекается быстрее, но расплавляется уже при температуре 2800 вС).

Резкое падение микротвердости, связанное с выделением накопленной энергии деформации и уменьшением искаженности кристаллической решетки, указывает,на начало рекристаллизации. Причем особое внимание следует обратить на явную зависимость температуры начала рекристаллизации от вида легирующей добавки. В частности, наиболее ранняя рекристаллизация отмечена у сплава У-1,5%УВ6 ( ТР - 1600°С), что соответствует данным термодинамического анализа. Поэтому гекса-борид иттрия менее эффетивно задерживает рекристаллизацию, поскольку эффективность ее торможения связана с закреплением дислокаций на частицах второй фазы. Кроме того, низкая термодинамическая стабильность УВб ведет к быстрому растворению иттрия и бора в вольфраме и раннему расплавлению сплава из-за снижения температуры солидус при легировании иттрием и бором, которые, очевидно, образуют с вольфрамом легкоплавкие эвтектики .

В сплавах вольфрама с" Ьа205 и ггИ начало рекристаллизации определяется более высокими температурами 1800... 1900°С, а максимальная температура начала рекристаллизации наблюдается у сплава V-Yг03.

Вторичное повышение микротвердости, наблюдаемое 'при дальнейшем росте температуры, связано с процессами подспекания пор. и началом интенсивного растворения включений второй фазы. Для подтверждения последнего вывода был проведён микрорентгеноспектраяьный анализ. Результаты • МРСА показали различный характер распределения иттрия • и кислорода в вольфраме. ' При температуре 1800 °С . в сплаве присутствует фаза Уг03: следов растворения иттрия не обнаружено. С ростом температуры до 2600°С уменьшается интенсивность линий, характерных для Уг05, и одновременно увеличивается интенсивность фона иттрия, что указывает на наличие в структуре сплава растворённого в вольфраме иттрия. В образцах закалённые с 3200^0 выделения У203 отсутствуют, а насыщенность вольфрама иттрием увеличивается, причём наблюдается неравномерное распределение иттрия в матрице — повышенная концентрация иттрия обнаружена на границах зёрен.

Исследуя микроструктуру сплавов после расплавления (температуры плавления составили: 2800°С для У-УВ5, 3000°С для У-Ьаг03 и 3200 аС для и ¥-ггМ), при охладцении со скоростью более 200

"о/сек. , выделений второй фазы не обнаружено.

Данные исследований, позволяющих оценить кинетику коалесценции частиц ггИ, Ьаг03, Уг03 и роста зерен вольфрамовой матрицы, показы-

вают, что средний размер как частиц, так и зерен, увеличивается со временем в соответствии с функцией % ~ • г"* причем показатель функции меняется в зависимости от температуры отжига, однако при данной температуре со временем не меняется. Для всех соединений характерно резкое ускорение коалесценции при достижении температуры их плавления, когда изменяется не только л , но и кажущаяся энергия активации коалесценции,; что можно объяснить сменой контролирующего коалесценцию механизма;

Анализ полученных результатов позволяет предположить, что с целью стабилизации структурного состояния сплавов во многом представляется перспективным одновременное легирование вольфрама соединением с высокой термодинамической стабильностью и соединение с высокой.температурой плавления, например, Уг03 и НпЗа .

Высказанное предположение подтверждаются данными . МРСА. Однако, предполагаемое использование сплавов в качестве -материалов для электроконтактов не может допустить значительного увеличения электросопротивления, которое.неминуемо; последует за дополнительным легированием. " .

. Детальное исследование структурных изменений при _ рекристаллизации проводилось на вольфраме, легированном наиболее термодинамически стабильным соединением — Уз^з > с содержанием 1,5,1 со степенью деформации равной 10%..

Металлографические исследования отожжбных образцов показывают, что первичная рекристаллизация в этом случае идет по беззародышевому механизму, характерному для сплавов с малой степенью деформации. Микроструктура в широком температурном интервале первичной рекристаллизации (2000... 2400 °С),. свойственном дисперсноупрочненным сплавам, характерезуется распределением размера зерен матрицы, близким к нормальному , при увеличении среднего размера зерен с ростом температуры. Резкое увеличение растворимости частиц в матрице при температуре плавления (Т^ уаС?5 =2400 °С) инициирует бурный рост отдельных зерен, что указывает на начало вторичной рекристаллизации.

Вторичная рекристаллизация протекает по механизму рассыпания границ зерен с близкой ориентировкой. Исчезающие границы легко выявляются при горячем травлении , однако, отмечается появление асс;:-метрии на кривой распределения зерен по размерам , а на более поздних стадиях рекристаллизации кривая становится "двугорбой".

Таким образом, поведенные исследования показывают, что терм:.:-

-/¿г-

ческая стабильность структуры дисперсноупрочненных сплавов вольфрама непосредственно связана с термодинамической стабильностью легирующих добавок тугоплавких соединений. Максимальная термодинамическая стабильность полутораокиси иттрия обуславливает наибольшую температуру рекристаллизации и наиболее медленный рост частиц вто-]'->й фазы и зе.ген воьфрамовой матрицы в широком температурном интервале. Минимальная же стабильность гексаборида иттрия ведет к ранней дестабилизации структуры под действием рекристаллизации, резкому росту зерен и, в конечном счете, к расплавлеию образцов при минимальной температуре. Другие легирующие добавки -- Ьа^О,;, 2гЫ , НЯЭ2 -- по своему влиянию на термическую стабильность структуры занимают промежуточное положение. ,

4. 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛО-ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ТЕРМОЭМИССИОННЫХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА В данном разделе работы призедены результаты исследований' удельного электросопротивления, коэффициента теплопроводности, числа Лоренца и работы выхода электрона вольфрама, легированного УВе .!_аг0з, У205, НПЭг, в широком температурном интервале. * Исследование удельного электросопротивления свидетельствуют о линейном возрастании этой характеристики в интервале 1200...1800°С, причем с ростом температуры разница ме-'ду удельным электросопротивлением чистого и легированного вольфрама увеличивается. Выше 4800°С в исследуемых сплавах наблюдается нарушение линейности зависимости, что может быть объяснено процессами первичной рекристаллизации, причем снижение значений электросопротивления у разных сплавов происходило в различных температурных Интервалах. Практически отсутствующее снижение значений электросопротивления в сплаве' №-1,5%УВ6 объясняется одновременным протеканием процессов рекристаллизации при 1800... 1900°С и растворения ■ компонентов второй фазы в матрице. Диссоциация НГ02 и растворение гафния в интервале температур 2000... 2200°С приводит в сплаве У-У203-НГ0а-?,Ь к образованию соединения (У,НПг03 , что обуславливает снижение степени легирования матрицы и, следовательно, роста зависимости электросопротивления. Существенное увеличение степени взаимодействия в сплаве при температуре выше 2000°С вызывает соответствующий рос/" сопротвления. Характер зависимости этой величины сплавов У-0,5% Уг03 и V-1,5%. У203 отражает начало процессов рекристаллизации (1800 и 20С0°С, соответствен) и последующее укрупнение частиц У20л.

Экспериментально определенные значения числа Лоренца, зависимость изменения которого с ростом температуры прктически не ошуща-

-8 г

ется, составляют в среднем 2,9. ..3,0-10 В/град и отличаются от теоретического I =2,45-10 В /град , что связано с неучетом вклада кристаллической решетки в теплолеренос. Однако, ошибка в оценке теплопроводности по результатам измерения- электросопротивления не превышает 0,3... 0,5%.

Исследование термоэмиссионных свойств проводилось на сплавах с содержанием 1,5 мае. % МехНу. Анализ полученных результатов показал, что интервал образования минимума на экспериментальных кривых, характеризующих изменение работы выхода электрона от температуры и времени испытания, все более проявляющийся с повышением температуры,- зависит от легирующих компонентов сплава и связан с образованием на поверхности вольфрама адсорбированной из его внутреннего объема пленки атомов соответствующего легирующего металла. Косвенным подтверждением наличия покрытия РЗМ на поверхности вольфрама может являться возрастание работы выхода сплавов У-1аг0л и М-У203

при температурах близких к 2000°С, т.е. при температурах десорбации атомов покрытия с поверхности вольфрама.

Таким образом, среди двухфазных сплавов системы У-Ме*Ну макси- -■ мальные значения ч> и рост этой характеристики при повышении температуры наблюдается у сплава У-УВ6 , затем следует У-Ьаг0л , 'у/-Уг05 , -минимальные значения вакуумной работы выхода, а вместе-е-—"'" тем и более пологая зависимость = ■{ (Т) наблюдались у многокомпонентного сплава У-Уг03-НГ0г-Мо .

, 4. 6. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА ПЕРЕХОДНОЕ

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ I Показано, что на величину переходного сопротивления существенное влияние оказывают следующие факторы: площадь контактной поверхности , эрозия и коррозия контактной поверхности, стойкость материала контактов против сваривания в горячем и холодном состоянии,--степень влияния которых определяется прежде всего фазовым составом материала. Анализируя влияния каждого фактора, показано, что для увеличения контактной поверхности целесообразно проведение галтовки нарезанных контактов, что, благодаря снижению шероховатости поверх-а ности поверхности, позволит понизить переходное сопротивление. Так как применение чистых тугоплавких металлов в качестве материала />.гч высоконагруженных электроконтактов ограничено величиной тока ь .

■.ом электрической нагрузки, вследствии недостаточной эрозионной стойкости, то легирование тугоплавеой матрицы имеет большое значение. В этом случае переходное сопротивление в значительной степени будет определятся величиной электрического сопротивления. Так, например, легирование вольфрама 1,5% Уг05 увеличивает удельное сопротивление всего лишь на 7,3%, в то время как для сплава У-1,5% Мо значения увеличиваются, по сравнению с таковыми для вольфрама, на 9,1%, а для сплава У-1,5% Ке — на 24,2%. Однако, необходимо отметить, что твердорастворное упрочнение способно препятствовать процессу роста зерен до сравнительно невысоких температур (0,6. ..0,7)-■Тлд. Поэтому наиболее предпочтительным оказывается упрочнение тугоплавкой матрицы контактного материала путем гетерогенизации ее структуры за счет дисперсных частиц второй фазы, т. к. , известно, что наибольшей эрозионной стойкостью обладают сплавы со стабильной мелкозернистой структурой. 'Сравнительные исследования порошковых сплавов в качестве материалов для разрывных контактов агрегатов зажигания показали, что после 1100 часов работы контакты изготовленные из сплава-У-0,5% , Уг03существенных'поверхностных изменений не претерпели, хотя и потеряли характерный металлический блеск, что свидетельствует о протекании окислительной реакции на контактной поверхности. Контакты из сплава №-5% Ре имели более грубую контактную поверхность, характерную для протекания более глубоких эрозионных процессов, однако, значительного потускнения рабочей поверхности не обнаружено. И,'*"" наконец,"""вольфрамовые* контакты имели ярко выраженные эрозионные разрушения, заключающиеся в переносе материала с подвижного контакта на неподвижный, в результате чего на поверхности подвижного появился кратер диаметром 1,2 мм, а на поверхности неподвижного -- наплыв высотой 0,5 мм.

Таким образом, дисперсное упрочнение металлоосновы материала ВКЭК дает возможность замедлить эрозионные разрушения контактов, по сравнению с твердорастворным или без упрочнения вообще.

На основе исследований кинетики гетерогенных реакций проведённых Тамманом, Вагнером и Грюненвальдом предложена методика определения толщины окисной плёнки, что позволит прогнозировать переходное сопротивление на стадии проектирования электроконтактного материала. В соответствии с предложенной методикой толщину окисной пленки, образующейся на рабочих поверхностях контакта, можно вычислить по следующей формуле: ^

где V ~ плотность материала контакта, кг/"3 ;

S - площадь поверхности контакта, л,г/

- время разогрева контактной поверхности до значения 1 pjp , еек ;

2- время работы контактного узла, . TpaÇ- рабочая температура поверхности контакта, опре-

| деляемая силой коммутируемого тока и свойствами

j материала контакта, К /

; -.скорость роста окисной пленки на рабочей поверх-

! ности контакта при температуре Т ,

! Во время работы дисперсно-упрочненного контактного материала v ( •г ) определяется течением двух параллельных процессов:

У (г) - V, Гт) + v*-{r) ,

где V, (t) - скорость роста окисного слоя за счет окисления ; - металло-основы и испарения образовавшегося оксида

' - термическим действием дуги:;

- >

'а- Уг-( Г ) -- скоростью притока атомов, "продиссоциировавшего легирующего оксида, к контактной поверхности с последующим окислением и" испарением, т.е. . ТГ -, т7"

Величины VoMt , V„Me0 , Vv.p , VOM- и Vw определяются по построенным автором графикам и таблицам.

При вычислении толщины окисной пленки по предложенной методики считалось, что сила контактного нажатия равна нулю, окружающая среда - кислород нормальной влажности, давление кислорода постоянно и равно 0,1 атм, окисление и испарение протекает равномерно по всей поверхности контакта. Сравнивая значения переходного сопротивления для чистого вольфрама с экспериментальными данными, можно отметить, что при выше принятых допущениях, методика оценки толщины окисной плёнки оказалась достаточно эффективной. Относительная погрешность определения переходного сопротивления чистого вольфрама на момент начала коммутации после работы при температуре 500°С составила 2,2%, — после работы при температуре 700°С — 8,6%.

Анализируя влияние фазового состава на переходное сопротивле-

ние, установлено что, скапливающиеся на рабочей поверхности контактов окислы W03 при температуре 800°С начинаю® испаряться. Заметный.приток атомов иттрия за счет диффузии начинается лишь при температуре 1700°С, однако устойчивость оксида иттрия в вольфраме, по данным термодинамического анализа, определяется более высокой температурой, поэтому до этой температуры влияния на образование окисной пленки не оказывает. Толщина окисной пленки при работе в течении 5 минут равна: 980 А при 500°С и 2720 А при 700°С. До 750.. 800 С на контактное сопротивление- существенное влияние оказывает химическая коррозия, заключающаяся в образовании на контактной поверхности продуктов реакции вольфрама с окружающей (рабочей) средой и, вчастности, в образовании ТО3 . Начиная с 850°С, скорость испарения W03 значительно превышает скорость окисления вольфрама, поэтому увеличение контактного сопротивления .в данном случае будет протекать за счет уменьшения площади контактирования, в результате эрозии в- зоне действия- контактной дуги. Уже при температуре 1200°С, в результате резкого роста скорости испарения окислов, контактирование будет крайне затруднено из-за чрезвычайного роста шероховатости поверхности. Термодинамически доказано что, взаимодействие вида x-wa3 + у- У2о3 с образованием вольфраматов иттрия (YeW0/s, > Y^W^Oзг) устойчивых до 2200°С не возможно даже при относительно низких значениях дБ} , так как до 1200°С скорость притока атомов иттрия крайне незначительна, а после 1200°С слишком высока скорость испарения W03.

Таким образом, невысокая коррозионная стойкость вольфрамовых контактов — их основной недостаток, приводящий к значительной эрозии контактной поверхности -- обусловлен сильной зависимостью от температуры, влажности атмосферы и степени её загрязнённости корро-зионно-активными примесями. Однако, образовавшиеся на контактной поверхности плёнки толщиной около 50 А не только не ухудшают проводимости, но и препятствуют свариванию контактов в холодном состоянии, что является необходимым условием возобновления коммутации.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ВОЛЬФРАМОВЫХ ЗЛЕКТРОКОНТАКТОВ 5.1. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ Программа испытаний состояла из испытаний контактов на гарантийную наработку при напряжении 13,5В с переменной частотой комм '

тации от. 20 до /20 Гц, испытаний на ресурс после испытаний в объёме гарантийной наработки и последующим испытанием до разрушения. Установлено что, контакты из сплава V - 0,5 Уг03успешно прошли стендо-, вые испытания, причем бесперебойное искрообразование обеспечивалось

•с

на протяжении 95% времени, отведеннго на испытания, что свидетельствует о высоком техническом ресурсе материала контактов.

5. 2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Эксплуатационные испытания проводились в течение шести месяцев сотрудниками испытательного центра "ЭТАЛОН" НИИАЭ с целью определения возможности применения контактов из сплава V-0,5Ya05 в прерывателях батарейной системы зажигания. В соответствии с программой испытаний, собранные чс контактами из иттрированного вольфрама прерыватели для распределителя Р147А в количестве 15 штук, были уста-------- нов лены на автомобили марки АЗЖ-2141 и подвергнуты испытанию на

ресурс в дооожных условиях. Экспертизой установлено, электрические -"-контакты из сплава W-0,5Y203 успешно прошли испытания на ресурс в дорожных условиях, подтверждая перспективность применения исследуемого сплава в качестве ВКЗК

5.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ --~ Предлагаемый'неразрушающий метод,контроля качества электроконтактного материала основан на измерении удельной электропроводности. Выбор характеристики электропроводности обусловлен тем, что данная величина связана с химическим составом, структурой и, в конечном счете, с комплексом физико-механических свойств материала.

Для определения значений электропроводности <э был Еыбран электромагнитный метод контроля с использованием накладного вихре-токового преобразователя карандашного типа с подпружиненной катушкой.

Учитывая, что j>~' , контроль осуществляется по величине удельного электросопротивления, что позволило производить сравнение полученных данных с результатами предыдущих исследований.

Для сплава У-0,5%Уг0а были установлены следующие пределы допустимых значений (мк Ом'-см): 5,94 ^ р í 6,04, а для сплава W-l,55LYaOs : 5,32 £ f> ¿ 6,42, причем сопоставление полученных данных электромагнитного контроля "годных" вольфрам-иттриевых прутков с результатами металлографических исследований показали высокую

точность предложенного метода.

Таким образом, предложенная методика контроля качества электроконтактного материала позволяет с высокой степенью надежности „ оценивать пригодность прутков-заготовок для изготовления электроконтактов, при этом обладает следующими достоинствами:

1. Метод является неразрушаемым, что позволяет при необходимости обеспечить 100%-ый контроль готовой продукции.

2. Метод не требует сложного оборудования, т.к. удельное злек-тосопротивление замеряется с помощью прибора ВЭ-27Щ, вес которого. 300... 400 грамм, в отличие от рентгеновского метода или метода радиоактивных изотопов.

Единственным недостатком данного метода является невозможность неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных металлов и _ сплавов, например, таких, как сплав ВЖН-97 ( 97%, Ре= 2. ..2,5%,' N1= 0,5. ..1%). В этом случае наиболее рационально применение традиционных методов контоля с лспользо--ванием двукратного выборочного контроля, что даст возможность оптимизировать количество выбираемых для контроля изделий.

5. 4. МЕХАНИЗМ РАБОТЫ И СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫУ КОММУТИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ НА ОСНОВЕ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО ВОЛЬФРАМА

Анализ имеющихся теоретических и экспериментальных исследова-' ний' электроконтактов позволил предположить следующую физическую модель работы и структурных изменений ВКЭК, полученных легированием тугоплавкой матрицы оксидами РЗМ.

Электрическая дуга, возникающая по мере размыкания контактов и исчезающая по мере увеличения зазора между ними, разогревает как контакт-анод, так и контакт-катод. Причем контактодержатель (КД), размеры которого значительно больше самого контакта, остается практически холодным. Поэтому теплоотвод от контактной поверхности (КП), осуществляемый путем теплопроводности, играет существенную роль в тепловом балансе ВКЗК и вызывает разогрев внутренних объемов контактов.

Высокий температурный градиент, обусловленный существенной разницей температур меаду КП и КД, способствует выделению на контакте-аноде и поглащению на контакте-катоде теплоты Томсона. Кроме того, на границе ."контакт-контактодержатель" в соответсвие с эффектом Пельтье, может выделиться или поплатиться еще некоторой кож:-

-ка-

чество теплоты.

Таким образом, на контакте-катоде выделившаяся теплота опреде "яетея разностью:

где - теплота.Джоуля, а на контакте-аноде - суммой:

Ока ¿Йэ* + вп

I

Подобный тепловой режим работы контактов наблюдается при ком мутации токов примерно до 10 А. ¡В этих условиях доминирует хими ческий износ КП, -сопроваждающийся переносом окисленных и отторжен ных частиц материала контакта-катода на поверхность контакта-анода в результате чего на ней образуется выступ, а на поверхности кон такта7катода кратер. ^

При разогреве материала контактов коммутирующим током до опре деленной темпрературы происходит диссоциация дисперсных частиц', ле гирующих матрицу контактного материала, и если для контакта-анод процессы диссоциации приводят лишь к росту зерна материала контак

........—' ' та, то внутри контакта-катода протекают следующие процессы.

........... Атомы, входящие в состав дисперсных частиц, под действием ху.

- - — -мического и - электрохимического потенциалов диффундируют к КП " ' адсорбируются на ней. В случае, если контактный узел работает в-зе кууме, адсорбция атомов вызывает некоторое увеличение термоэмисс!-с поверхности контакта-катода, т. е. происходит его активация. Пг • этом уменьшение работы выхода электрона с поверхности контакт-катс да вызывает снижение температуры в зоне привязки дуги и, следовг тельно, тепловой нагрузки на контакт-катоде и его эрозии. Однако, процессе длительной работы с высокой частотой коммутации в опреде ленный момент времени наступает нарушение массобаланса эмиссио* яо-активных элементов, что ведет к повышению температуры конта? та-катода и в конечном итоге к распавлени» КП и заяипанию контаь тов. •

Если контактный узел не защищен от воздействия кислорода вог духа то, адсорбирующееся на КП атомы РЗМ будут окисляться. В этс случае переходное сопротивление резко возрастает, т. к. оксиды РЗ) обладающие высокой термической устойчивостью, имеют низкую элега Ропроеодность. В результате даче при непродолжительной работе в пс добных условиях коммутирующий узел выходит из строя вследствие по. ного нарушения контактной проводимости.

Таким образом, для обеспечения высокого ресурса работы ВК

решающее значение имеет термическая стабильность структуры, определяющая постоянство физико-механических и эксплуатационных свойств контактных материалов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований структуры и физико-механических свойств ряда металлов, используемых для электрических контактов, предложен общий параметр оценки эффективности применения различных материалов в качестве ВКЗК, ¡который определяет электрическое напряжение в момент достижения материалом контактов температуры рекристаллизации.

2. Применение научно-обоснованного подхода к выбору перспективных композиций дл^ ВКЭК позволило не только выбрать основу — вольфрам -- и комплекс легирующих добавок -- оксиды иттрия, лантала, гафния и циркония —, но и значительно сократить объём дальнейших экспериментальных исследований.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния структурного состояния на физико-механические свойства дисперсно-упрочнённого вольфрама показали следующее:

3.1.' Структура исследуемых сплавов в спечённом состоянии не может считаться удовлетворительной без применения термической обработки. Процентное содержание пор, колеблющееся от 4% для сплава У-0,5%Уг03 до 9% для сплава \>М,5%УВ5 , оказывает влияние на удельное сопротивление со значения 5%.

3. 2. Увеличение степени деформации более чем на 10%, необходимой для увеличения компактности и ориентации зёрен, нежелательно, так как ведёт к снижению термической стабильности структуры и свойств.

3. 3. Допустимые пределы процентного содержания наиболее стабильной легирующей добазки У203 находятся в интервале 0,5. ..1,5 масс.% и пропорционально зависит от силы коммутируемого тока.

3.4. В широком температурном интервате исследованы основные физико-механические свойства перспективных сплавов вольфрама, поведение которых увязано со структурными изменениями, протекающими в исследуемых материалах под действием нагрева.

3.5. Для ряда исследуемых сплавов построены графические зависимости коэффициента скорости роста зерна и частиц вторых фаз от температуры. При этом замечено, что диффузионно-контролируемый механизм коалесцекции с ростом температуры изменяется на реакци-

-гн-

ойно-контролируемый.

3. 6. Установлено, что наиболее оптимальной структурой, с точки зрения предъявляемых к размеру зерна электроконтактов, обладают г сплавы V - 0,5... 1,5% У203 , подвергнутые пластической обработке со степенью деформации. 15... 10% и отжигу при темпе'ратуре 1800... 2000°С в течении 1 часа, соответственно.

3. 7. Анализ влияния фазового состава на переходное сопротивление вольфрамовых контактов показал, что повышение' переходного сопротивления связано с химической эрозией контактной поверхности, вызванной-высокотемпературным взаимодействием вольфрамовой матрицы и коррозионно-активными элементами, входящими в состав рабочей среды, в частности, с кислородом воадуха. Дисперсное упрочнение вольфрамовой матрицы оксидами редкоземельных и переход-

• ных металлов ¿/А группы способствует минимизации механическое эрозии до температур рекристаллизации л химической эрозии до температур начала окисления вольфрама. -..... 3.8. На основе исследования термохимических процессов;' протекающих внутри контактного материала и на его поверхности, предложена методика определения толщины окисной плёнки, что позволяв' прогнозировать значение переходного сопротивления с точностью Д( -------9% уже- на стадии проектирования контактного материала.

4. На основе анализа существующих в настоящее время методи контроля качества электроконтактных материалов предложена методик неразрушающего контроля качества заготовок для злектроконтактов позволяющая при необходимости обеспечить 100%-ый контроль готово продукции.

5. На основе теории активированного термокатода Ленгмюра проведённых исследований представлен механизм работы и структурнь изменений ВКЭК на основе дисперсно-упрочнённого вольфрама при рабе те в вакууме и кислород-содержащей среде.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТА; 1. Арзамасов В. Б. , Волчков А. Е , Родионов М. Ю. Твердофазное взаимс действие в композиционных материалах на основе тугоплавких мета лов. Сб. докладов 3-го международного симпозиума "ДисперсноОупро-нённые материалы", г.Чебоксары, 1993.2. Арзамасов В. Б. , Волчков А. Я. , Родионов М. Ю. Исследование физ ко-химической стабильности структуры и свойств дисперсно-упрочне ных материалов на основе металлов 4А группы. Сб. докладов 3-го ме

дународного симпозиума "ДисперсноОупрочнённые материалы", г. Чебоксары, 1993.

3. Арзамасов В. Б. , Волчков А. Е , Родионов М. Ю. Дисперсно-упрочнённые металлы на основе вольфрама, молибдена, тантала и ниобия и их использование в качестве высокотемпературных электродов. Сб. докладов 3-го международного симпозиума "ДисперсноОупрочнённые материалы", г.Чебоксары, 1993.

4. Арзамасов В. Б., Родионов М. Ю. Перспективные материалы для высо-конагруженных электрококтактов. Сб. докладов международной конференции по электромеханике и электротехнологии, г. Суздаль. 1994.

5. Арзамасов & Б. , Родионов М. Ю. , Турин Д. Ф. Катодные материалы термоэмиссионных преобразователей энергии. Сб. докладов международной конференции "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств", г. Суздаль. 1995.

6. Арзамасов В. Б. , Родионов М. Ю. , Турин Д. Ф. Ресурс и надёжность термоэмиссионных преобразователей цилиндрической геометрии. Сб. докладов международной конференции "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств", г.Суздаль. 1995.

?. Арзамасов В. В. , Родионов М. Ю. , Турин Д. Ф. Влияние электрической дуги на переходное- сопротивление высоконагруженных злектроконтак-тов. Сб. докладов международной конференции "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств", г. Суздаль. 1995.

8. Арзамасов В. Б. , Родионов М. Ю. Электрические контакты систем зажигания ДВС. В сб. научных трудов "Электротехнические системы автотранспортных средств и их роботизированных производств". МАМИ. -Москва. 1995.