Исследование механических свойств порошка меди ПМС-1 при воздействии плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 621.762

В. А. Сурков

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОШКА МЕДИ ПМС-1 ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПЛАЗМЫ ВЧИ-РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: плазма, порошковые материалы, процесс воздействия, технология изготовления образцов.

Предложено проводить воздействие плазмы ВЧИ разряда пониженного давления на порошок меди ПМС-1 для повышения механических свойств материала.

Key words and expressions: plasma, powder materials, process of action, specimen production technology.

In this paper, we present the process of action of high-frequency induction discharge in low-pressure plasma on copper powder PMS-1; as a result, it will make possible to significantly improve the mechanical properties of materials.

Введение

Медные порошки широко применяются при изготовлении деталей машин и аппаратов для эксплуатации авиационной и ракетной техники, что заставляет ученых создавать новые медные порошки с определенными механическими и физико-химическими свойствами, изделия из которых сохраняют заданные эксплуатационные характеристики.

Одним из наиболее перспективных методов повышения механических свойств порошковых материалов меди, является метод обработки порошковых материалов плазмой высокочастотного разряда пониженного давления, которая позволяет варьировать как температуру обработки, так и характеристики ионного потока, поступающего из плазмы на поверхность обрабатываемого порошка.

В данной работе повышение механических свойств медного порошка ПМС-1 ГОСТ4960-75 предлагается проводить с применением физического воздействия ВЧ-плазмы пониженного давления.

Экспериментальная часть

Обработка медного порошка ПМС-1 ГОСТ4960-75 проводилась в ВЧ-плазменной установке, состоящей из кварцевой цилиндрической разрядной камеры с внутренним диаметром от 10 до 110мм и трехкольцевого медного водоохлаждаемого индуктора. Рабочее давление Р составляло 1,33-133Па, частота генератора f = 1,76 МГц, потребляемая мощность N =2-18 кВт. Схема установки и общий вид представлены на рис.1

Ренгеноструктрный анализ проводился с помощью дифрактометра (ДРОН-2). Такие механические свойства порошка, как временное сопротивление, относительное удлинение и длительная прочность, определялась в исходном состоянии на разрывной машине.

Плазменное воздействие проводилось путем введения в плазменную струю порошка меди в соответствии с технологическими параметрами процесса ВЧ-плазмы пониженного давления приведенные в таблице 1.

Изготовление образцов для исследования механических свойств материала проводили по следующей технологии:

1. Просеивание через сетку 0,2 мм.

2.Добавление в шихту в качестве пластификатора стеарата цинка в количестве 1% от веса материала.

3. Прессование образцов Р = 400 кН.

4. Спекание образцов в шахтной печи в среде диссоциированного аммиака по режиму:

• Загрузка при 1 = 20 0С.

• Подъем температуры печи до 1 = 600 0С, выдержка 90мин.

• Подъем температуры печи до 1 = 660 0С, выдержка 90мин.

• Охлаждение на воздухе в среде диссоциированного аммиака.

Механические свойства образцов определялись в исходном состоянии при температуре 20 0С на разрывной машине.

Рис. 1 - Экспериментальная ВЧ-плазменная установка: а) принципиальная схема

экспериментальной ВЧ-плазменной установки: 1 - ВЧ-генератор, 2 - плазмотрон, 3 - карусельное устройство, 4 - вакуумная камера, 5 - система откачки, 6 - диагностическое оборудование, 7 -система подачи газа, 8 - система электропитания, 9 - система водоснабжения, 10 - система вращения карусельного устройства; б) общий вид установки

Таблица 1 -Технологические параметры процесса ВЧ-плазмы пониженного давления

а) И 2 <0 * 0_ О (г/с) 1а (А) иа (кВ) Плазмообразующий газ

40 0,08 1,5 7,8 Аргон+Воздух (50:50)

Результаты и обсуждение

Взаимодействие ВЧ-плазмы пониженного давления в диапазоне Р = 1,33 - 133 Па частицы медного порошка является дополнительным электродом. В результате чего у его поверхности так же, как и в приэлектродной области ВЧ - индукционного разряда образуется слой положительного заряда (СПЗ) толщиной порядка ~ 10 - 3мм [2]. Проходя сквозь слой СПЗ и ускоряясь в его электрическом поле, положительные ионы плазмы получают дополнительную энергию до 100 эВ [1,3].

При столкновении с поверхностью частицами медного порошка ионы передают приобретенную кинетическую энергию и потенциальную энергию рекомбинации поверхностным атомам медного порошка и частично внедряются в его поверхностный слой. Если плазмообразующий газ содержит атомы азота, кислорода или углерода, то в результате диффузионного насыщения поверхностного слоя медного порошка этими элементами увеличивается механические и физико-химические свойства обрабатываемого металла.

На рис.2 представлены результаты механических испытаний образцов, которые показывают значительное увеличение показателей механических свойств опытного образца.

Исследования микроструктуры исходного и обработанного ВЧ-плазмой порошка меди, представленных на рис.3,4, показали уменьшение размеров зерен и их количественное увеличение.______________________________________________________________________________

25

20

15

ъ

* ю

5

О

21,6

15,8 14,3 14,3

11,6 Я! ?

■

_1_

I опытный I исходны'

и

З П параметра

Рис. 2 - Результаты механических испытаний образцов из медного порошка ПМС-1 ГОСТ4960-75: 1 - предел прочности ав(кгс/мм ), 2 - временное сопротивление а02(кгс/мм2), 3 - относительное удлинение &(%)

Рис. 3 - Частицы порошка меди ПМС-1 ГОСТ4960-75 до обработки ВЧ-плазмой

Рис. 4 - Частицы порошка меди ПМС-1 ГОСТ4960-75 обработанные ВЧ-плазмой

Выводы

Плазменная обработка положительно влияет на прессовании и спекании медных порошков, за счет уменьшения размеров зерен и их количественного увеличения, что в свою очередь приводит к увеличению показателей механических свойств материала.

Литература

1. Абдуллин, И.Ш. Применение ВЧ плазмы пониженного давления для газонасыщения поверхности металлов / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин // Вестник Казанского технолог. ун-та. - 2003. - № 1. -С172-179

2. Абдуллин, И.Ш. Физическая модель взаимодействия высокочастотной плазмы с твердыми телами в динамическом вакууме / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, В.В. Кудинов // Журн. Физ. и хим. обработки материалов. - 2003. - №4. - С.45-51.

3. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кудинов В.В. Математическая модель высокочастотной плазменной обработки материалов в динамическом вакууме / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, В.В. Кудинов // Журн. Физ. и хим. обработки материалов. - 2003. - №6. - С.21-27.

© В. А. Сурков - канд. техн. наук, докторант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, surkov-v@inbox.ru.