Сплав на основе меди

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе меди. Предложен сплав на основе меди, содержащий никель 2,2-2,8; кремний 0,5-0,9; хром 0,4-1,0; цирконий 0,05-0,25; магний 0,05-0,25; нанодисперсный фуллероидный материал 0,0001-0,5; медь остальное. В качестве нанодисперсного фуллероидного материала используются многослойные углеродные нанотрубки или многослойные полиэдральные наночастицы фуллероидного типа. Техническим результатом является повышение электропроводности сплава при одновременном достижении его высоких физико-механических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к сплавам на основе меди. Медные сплавы находят применение для изготовления электродов контактной сварки, шин электросоединителей, контакторов для передачи электрического тока, в частности скользящих контактов, и т.п., то есть в тех отраслях техники, где используется высокая электропроводность меди, равная 58 м/Ом•мм² (удельное сопротивление при нормальных условиях 1,72 мкОм/см). Основным недостатком меди, ограничивающим ее применение, являются сравнительно низкие прочностные характеристики, для повышения которых вводят легирующие добавки.

Известен низколегированный сплав на основе меди, включающий 0,4-1,0 мас. % хрома и 0,02-0,1 мас.% циркония (бронза хромоциркониевая). Указанный сплав имеет электропроводность 49 м/Ом•мм² и удельное сопротивление 2,04 мкОм/см, однако предел прочности при удлинении не превышает 50 кгс/мм² [Николаев А.К. , Розенберг В.М. Сплавы для электродов контактной сварки. М., "Металлургия", 1978, с. 24, 92].

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому сплаву является сплав на основе меди, содержащий 2,2-2,8 мас.% никеля, 0,4-0,8 мас.% кремния и 0,5-1% мас. хрома.

Этот сплав имеет более высокий уровень прочности (предел прочности при удлинении составляет 80 кгс/мм²), но указанные легирующие добавки повышают удельное сопротивление сплава до 3,72 мкОм/см и снижают его электропроводность до 27 м/Ом•мм² [Николаев А.К. и др. Хромовые бронзы. М., "Металлургия", 1983, с. 167-169].

Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, состоит в повышении электропроводности сплава при одновременном достижении его высоких физико-механических характеристик.

Указанный результат достигается тем, что сплав на основе меди, содержащей никель, кремний и хром, дополнительно содержит нанодисперсный фуллероидный материал, а также цирконий и магний, причем компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Никель - 2,2 -2,8 Кремний - 0,5-0,9 Хром - 0,4-1,0 Цирконий - 0,05-0,25 Магний - 0,05-0,25 Нанодисперсный фуллероидный материал - 0,0001-0,5 Медь - Остальное В качестве нанодисперсного фуллероидного материала сплав содержит многослойные углеродные нанотрубки или многослойные полиэдральные наночастицы фуллероидного типа.

Многослойные углеродные нанотрубки получены так, как это описано в [Ymamura М. et. al. Japan J. Appl. Phys., 1994, v 33(2), L 1016].

Многослойные полиэдральные наночастицы фуллероидного типа получены нами путем термического распыления графитового анода в плазме дугового разряда в атмосфере инертного газа с осаждением продуктов распыления на катоде и переработки катодного осадка. Переработка включает измельчение осадка и окисление его в газовой фазе и затем в жидкой фазе в расплаве гидроксидов, галогенидов или нитратов, щелочных металлов или их смесей.

Многослойные полиэдральные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм, средним размером частиц 60-200 нм, насыпной плотностью 0,6-0,8 г/см³, пикнометрической плотностью 2,2±0,1 г/см³, показателем термобароустойчивости к графитизации при 3000^oС не менее 50 КБар, рентгенографическим показателем графитизации 0,01-0,02, удельным электрическим сопротивлением при давлении 120 МПа не более 2,5•10^-4 Ом•м.

Для легирования заявляемого сплава нанодисперсным фуллероидным материалом были изготовлены таблетки массой 200 г, содержащие от 0,005 до 10 г нанотрубок или полиэдральных частиц. Для этого порошковую медь марки ПМС-1 смешивали с нанодисперсным фуллероидным материалом, формировали таблетку, обжигали ее в токе водорода и прессовали до плотности 8 г/см³ и более.

Таблетку (или несколько таблеток) опускали в расплав меди, содержащий металлические легирующие добавки, при температуре около 1200^oС. Составы полученных сплавов приведены в таблице 1.

Были определены физико-механические показатели заявляемого сплава, а также удельное сопротивление и электропроводность при нормальных условиях (20^oС), а также при температуре (-196^oС) и (+700^oС). Для сравнения те же показатели определены для сплава 7к, не содержащего нанодисперсного фуллероидного материала. Данные испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из приведенных данных испытаний, заявляемый сплав при сравнительно низком удельном сопротивлении (высокой электропроводности) имеет высокие показатели физико-механический свойств, особенно прочности на сжатие, эластичности (относительное удлинение) и ударопрочности, что позволяет расширить область его применения.

Формула изобретения

1. Сплав на основе меди, включающий никель, хром и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нанодисперсный фуллероидный материал, а также цирконий и магний при следующем соотношении компонентов, маc.%:

Никель 2,2-2,8

Кремний 0,5-0,9

Хром 0,4-1,0

Цирконий 0,05-0,25

Магний 0,05-0,25

Нанодисперсный фуллероидный материал 0,0001-0,5

Медь Остальное

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что в качестве нанодисперсного фуллероидного материала он содержит многослойные углеродные нанотрубки.

3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что в качестве нанодисперсного фуллероидного материала он содержит многослойные полиэдральные наночастицы фуллероидного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2