Везде

ОХНММеталлы Russian Metallurgy

  • ISSN (Print) 0869-5733
  • ISSN (Online) 3034-5391

МИКРОСТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИТОВ Cu-CuO, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ МЕДНОГО ПОРОШКА

Вы можете
Код статьи
S3034539125035060-1
DOI
10.7868/S3034539125035060
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Чикова О. А.
  • Аффилиация: Уральский федеральный университет имени Первого Президента России Б.Н. Ельцина
Том/ Выпуск
Том / Номер выпуска 3
Страницы
50-60
Аннотация
Представлены результаты изучения микроструктуры и механических характеристик композиционного материала Cu-CuO. Образцы отобраны от медных электроконтактов для электрических сварочных аппаратов. Электроконтакты изготовлены методом горячего прессования порошка меди ПМС-1 в условиях ОАО «Уралэлектромедь». Микроструктура изучалась методами растровой электронной микроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. Механические характеристики определялись методом наноиндентирования по оригинальной методике авторов, предусматривающей преобразование диаграммы вдавливания F(h) в диаграмму растяжения о(е). Металлографические исследования материала показали малый размер зерна (~10 мкм); содержание включений куприта CuO размером ~1 мкм гранной морфологии было близко к 20%. Получен следующий результат измерения механических характеристик: модуль Юнга E = 119,89±5,75 ГПа, нанотвердость H = 2,28±0,15 ГПа; упругое восстановление материала R = 5,54±2,33%; характеристика пластичности 8А = 94,46±2,33%; предел текучести ст » 600 МПа. Оценка механических напряжений из-за двухфазности композиционного материала Cu-CuO показала, что дополнительное давление, отнесенное к длине линии разрыва, примерно в 50 раз превышает внешнее усилие, т.е. может служить основной причиной выхода изделий из строя.
Ключевые слова
композиционный материал Cu-CuO микроструктура механические характеристики электронная микроскопия сканирующая зондовая микроскопия наноиндентирование метод определения предела текучести
Дата публикации
02.06.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
34

Библиография

  1. 1. Ловшенко, Ф.И. Повышение электропроводности дисперсно-упрочненной меди / Ф.И. Ловшенко, А.И. Хабибуллин // Литье и металлургия. 2019. №4. С.115-122.
  2. 2. Гнесин, Г.Г. Спеченные материалы для электротехники и электроники: справочник / Г.Г. Гнесин, В.А. Дубок, Г.Н. Братерская [и др.]; под ред. Г.Г. Гнесина. - М.: Металлургия, 1981. 343 с.
  3. 3. Раховский, В.И. Разрывные контакты электрических аппаратов / В.И. Раховский, Г.В. Левченко, О.К. Теодорович; под общ. ред. В.И. Раховского. - М.; Л.: Энергия, 1966. 295 с.
  4. 4. Braunovic, M. Electrical contacts : fundamentals, applications and technology; 1st ed. / M. Braunovic, N.K. Myshkin, V.V. Konchits. - CRC Press, 2007. 672 p. https://doi.org/10.1201/9780849391088
  5. 5. Bukhanovskii, V.V. The effect of temperature on mechanical characteristics of copper-carbonic composite / V.V. Bukhanovskii, I. Mamuzić, N.P.Rudnitsky // Kovove Materialy (Metallic Materials). 2008. V.46. P.33-37.
  6. 6. Bukhanovsky, V. Microlayered composite materials on basis of copper, refractory, rare-earth metals, and carbon for electrical contacts and electrodes / V. Bukhanovsky, M.Rudnytsky, I. Mamuzich // Intern. J. Nonferrous Metallurgy. 2014. V.3. P.18-27. DOI : 10.4236/ijnm.2014.32003.
  7. 7. Фетисов, А.В. Анализ электронных состояний оксидного слоя на поверхности ультрадисперсной меди методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / А.В. Фетисов, М.В. Кузнецов // Журн. прикладной спектроскопии. 2009. Т.76. №4. С.552-556.
  8. 8. Gordeev, Y.I. Prospects of nanoparticle application in contact materials of urban electric transport / Y.I. Gordeev, G.M. Zeer, E.G. Zelenkova [et al.] // Russian J. Non-Ferrous Metals. 2012. V.53(4). P.351-355. DOI : 10.3103/S1067821212030091.
  9. 9. Zeer, G.M. Microstructure and properties of an electrocontact Cu-(ZnO/TiO2) material / G.M. Zeer, E.G. Zelenkova, V.V. Beletskii [et al.] // Tech. Physics. 2015. V.60. №12. P.1823-1828. DOI : 10.1134/ S1063784215120270.
  10. 10. Zhang, X. Thermal deformation behavior of the Al2O3-Cu/(W, Cr) electrical contacts / X. Zhang, Y. Zhang, B. Tian [et al.] // Vacuum. 2019. V.164. P.361-366. DOI : 10.1016/j.vacuum.2019.03.054.
  11. 11. Loginov, Y.N.Interaction of a copper oxide particle with copper in drawing / Y.N. Loginov, S.L. Demakov, A.G. Illarionov, M.A. Ivanova // Russian Metallurgy (Metally). 2012. №11. P.947-953. DOI : 10.1134/ S0036029512110109.
  12. 12. Abedi, M. A critical review on spark plasma sintering of copper and its alloys / M. Abedi, A. Asadi, S. Vorotilo [et al.] // J. Mater. Sci. 2021. V.56. P.19739-19766. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06556-z
  13. 13. Cipolloni, G. Contamination during the high-energy milling of atomized copper powder and its effects on spark plasma sintering / G. Cipolloni, M. Pellizzari, A. Molinari [et al.] // Powder Technol. 2015. V.275. P.51-59. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.01.063
  14. 14. Menapace, C. Spark plasma sintering behaviour of copper powders having different particle sizes and oxygen contents / C. Menapace, G. Cipolloni, M. Hebda, G. Ischia // Powder Technol. 2016. V.291. P.170-177. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.12.020
  15. 15. Diouf, S. Spark plasma sintering of cryomilled copper powder / S. Diouf, C. Menapace, M. D’Incau [et al.] // Powder Metall. 2013. V.56(5). P.420-426. https://doi.org/10.1179/1743290113y.0000000065
  16. 16. Monnier, J. Spark plasma sintering and hydrogen pre-annealing of copper nanopowder / J. Monnier, Y. Champion, L. Perriere [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V.621. P.61-67. DOI : 10.1016/j.msea.2014.10.040.
  17. 17. Wen, H.M. The influence of oxygen and nitrogen contamination on the densification behavior of cryomilled copper powders during spark plasma sintering / H.M. Wen, Y.H. Zhao, Z.H. Zhang [et al.] // J. Mater. Sci. 2011. V.46(9). P.3006-3012. https://doi.org/10.1007/s10853-010-5178-9
  18. 18. Portier, R.A. Spark plasma sintering of Cu-Al-Ni shape memory alloy / R.A. Portier, P. Ochin, A. Pasko [et al.] // J. Alloys Comp. 2013. V.577. P.S472-S477. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.145
  19. 19. Kossman, S. A new approach of the Oliver and Pharr model to fit the unloading curve from instrumented indentation testing / S. Kossman, T. Coorevits, A. Iost, D. Chicot // J. Mater. Res. 2017. V.32. №12. P.2230-2240. DOI : 10.1557/jmr.2017.120.
  20. 20. Kossman, S. Mechanical characterization by multiscale instrumented indentation of highly heterogeneous materials for braking applications / S. Kossman, A. Iost, D. Chicot [et al.] // J. Mater. Sci. 2019. V.54. №6. P.4647-4670. DOI : 10.1007/s10853-018-3158-7.
  21. 21. Čech, J. Statistical approach for identification of mechanical properties of individual phases based on indentation data / J. Čech, P. Haušild, A. Materna, J. Matějíček // Materiaux et Techniques. 2017. V.105. №1. P.105 https://doi.org/10.1051/mattech/2016041
  22. 22. Haušild, P. Some issues in relations between microstructure and indentation measurements / P. Haušild, A. Materna, L. Kocmanová, J. Matějíček // Solid State Phenomena. 2017. V.258. P.131-136. DOI : 10.4028/www.scientific.net/SSP.258.131.
  23. 23. Kocmanová, L. Investigation of indentation parameters near the interface between two materials / L. Kocmanová, P. Haušild, A. Materna, J. Matějíček // Key Eng. Mater. 2015. V.662. P.31-34. DOI : 10.4028/www.scientific.net/KEM.662.31.
  24. 24. Chikova, O.A. Measuring the nanohardness of commercial submicrocrystalline aluminum alloys produced by dynamic pressing / O.A. Chikova, E.V. Shishkina, A.N. Petrova, I.G. Brodova // Phys. Metals Metallography. 2014. V.115(5). P.523-528. DOI : 10.1134/S0031918X14050044.
  25. 25. Oliver, W.C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W.C. Oliver, G.M. Pharr // J. Mater. Res. 1992. V.7. P.1564-1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
  26. 26. Орешко, Е.И. Исследование пластической деформации металла методом индентирования / Е.И. Орешко, Н.О. Яковлев, В.С. Ерасов, Д.А. Уткин // Зав. лаб. Диагностика материалов. 2022. T.88(2). C.64-70. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-2-64-70
  27. 27. Булычев, С.И. Новые параметры подобия при переходе от диаграмм вдавливания к диаграммам растяжения / С.И Булычев., А.Н. Кравченков // Зав. лаб. Диагностика материалов. 2014. Т.80. №2. С.49-54.
  28. 28. Matyunin, V.M. Converting the instrumented indentation diagrams of a dall indenter into the stress-strain curves for metallic structural materials / V.M. Matyunin, A.Y. Marchenkov, P.V. Volkov [et al.] // Inorg. Mater. 2023. V.59. P.1515-1523. https://doi.org/10.1134/S0020168523150116
  29. 29. Butt, H.-J. Force measurements with the atomic force microscope : Technique, interpretation, and applications / H.-J. Butt, B. Cappella, M. Kapp // Surface Sci. Reports. 2005. V.59(1-6). P.1-152. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2005.08.003
  30. 30. Ritasalo, R. Spark plasma sintering of submicron-sized Cu-powder-Influence of processing parameters and powder oxidization on microstructure and mechanical properties / R. Ritasalo, M.E. Cura, X.W. Liu [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V.527. №10-11. P.2733-2737. DOI : 10.1016/j.msea.2010.01.008.
  31. 31. Ritasalo, R. Microstructural and mechanical characteristics of Cu-Cu2O composites compacted with pulsed electric current sintering and hot isostatic pressing / R. Ritasalo, M.E. Cura, X.W. Liu [et al.] // Composites. Pt.A : Appl. Sci. Manufacturing. 2013. V.45. P.61-69. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2012.09.003
  32. 32. Horrigan, V.M. The solubility of oxygen in solid copper / V.M. Horrigan // Met. Trans. A. 1977. V.8. P.785-787. https://doi.org/10.1007/BF02664788
  33. 33. Zhang, Z.H. Ultrafine-grained copper prepared by spark plasma sintering process / Z.H. Zhang, F.C. Wang, L. Wang, S.K. Li // Mater. Sci. Eng. A. 2008. V.476 (1-2). P.201-205. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.04.107
  34. 34. Rohrer Gregory S.Introduction to grains, phases, and interfaces-an interpretation of microstructure / Rohrer Gregory S. // Trans. AIME. 1948. V.175. P.15-51. by C.S. Smith. Met. Mater. Trans. A. 2010. V.41(5). P.1063-1100. DOI : 10.1007/s11661-010-0215-5.
  35. 35. Akbarpour, M.R. Fabrication, characterization and mechanical properties of hybrid composites of copper using nanoparticulates of SiC and carbon nanotubes / M.R. Akbarpour, E. Salahi, F.A. Hesari [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2013. V.572. P.83-90. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.01.01
  36. 36. Tian, B. Microstructure and properties at elevated temperature of a nano-Al2O3 particles dispersion strengthened copper base composite / B. Tian, P. Liu, K. Song [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V.435-436. P.705-710. DOI : 10.1016/j.msea.2006.07.129.
  37. 37. Zheng, Y.G. Model-based simulation of normal grain growth in a two-phase nanostructured system / Y.G. Zheng, C. Lu, Y-W. Mai [et al.] // Sci. Tech. Adv. Mater. 2006. V.7. P.812-818. DOI : 10.1002/adma.201104714.
  38. 38. Fan, D. Numerical simulation of Zener pinning with growing second-phase particles / D. Fan, L-Q. Chen, S-P.P. Chen // J. Amer. Ceramic Soc. 1998. V.81(3). P.526-532. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02370.x
  39. 39. El-Khozondar, R. Microstructural simulation of grain growth in two-phase polycrystalline materials / R. El-Khozondar, H. El-Kohonzar, G. Gottstein, A.Rollet // Egyptian J. Solids. 2006. V.29 (1). P.35-47.
  40. 40. Solomatov, V.S. Grain size in the lower mantle: constraints from numerical modeling of grain growth in two-phase systems / V.S. Solomatov, El-R. Khozondar, V. Tikare // Phys. Earth and Planetary Interiors. 2002. V.129. P.265-282. DOI : 10.1016/S0031-9201(01)00295-3.
  41. 41. Flores, E. Effect of clustering of precipitates on grain growth / E. Flores, J.M. Cabrera, J.M. Prado // Met. Mater. Trans. A. 2004. V.35. P.1097-1103. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0035-6
  42. 42. Srivatsan, T.S. Microstructure and hardness of copper powders consolidated by plasma pressure compaction / T.S. Srivatsan, B.G. Ravi, A.S. Naruka [et al.] // J. Mater. Eng. Perform. 2001. V.10(4). P.449-455. DOI : 10.1361/105994901770344872.
  43. 43. Das, D. Mechanical properties of bulk ultra fine-grained copper / D. Das, A. Samanta, P.P. Chattopadhyay // Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry. 2006. V.36(2). P.221-225. https://doi.org/10.1080/15533170500524769
  44. 44. Han, Z. Dry sliding tribological behavior of nanocrystalline and conventional polycrystalline copper / Z. Han, L. Lu, K. Lu // Tribology Lett. 2006. V.21. P.47-52. DOI : 10.1007/s11249-005-9007-2.
  45. 45. Tkachuk, G.A. Investigation into the microstructure and mechanical properties in submicrovolumes of LS591-A brass / G.A. Tkachuk, V.A. Maltsev, O.A. Chikova // Russian J. Non-Ferrous Metals. 2019. V.60(5). P.517-523. https://doi.org/10.3103/S1067821219050171
  46. 46. Ritasalo, R. Thermal stability of PECS-compacted Cu-composites / R. Ritasalo, U. Kanerva, Hannula // Key Eng. Mater. 2013. V.527. P.113-118. DOI : 10.4028 S-P./www.scientific.net/KEM.527.113.
  47. 47. Tabor, D. The hardness of metals / D. Tabor. - Oxford : Clarendon Press, 1951. 175 p.
  48. 48. Hwang, S.J.Compressive yield strength of the nanocrystalline Cu with Al2O3 dispersoid / S.J. Hwang // J. Alloys Comp. 2011. V.509 (5). P.2355-2359. DOI : 10.1016/j.jallcom.2010.11.017.
  49. 49. Guo, M. Relationship between microstructure, properties and reaction conditions for Cu-TiB2 alloys prepared by in situ reaction / M. Guo, K. Shen, M. Wang // Acta Materialia. 2009. V.57. P.4568-4579. DOI : 10.1016/j.matchemphys.2012.11.014.
  50. 50. Lee, J. Microstructure and properties of titanium dispersed Cu alloys fabricated by spray forming / J. Lee, J.Y. Jung, E-S. Lee [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2000. V.277. P.274-283. https://doi.org/10.1016/S0921-5093 (99)00551-1
  51. 51. Chikova, O.A. Structure and nanomechanical characteristics of Al-Cu-Mg-Si alloy with partly liquated grain boundaries upon heat treatment / O.A. Chikova, P.L. Reznik, B.V. Ovsyannikov // Phys. Metals and Metallography. 2016. V.117(12). P.1245-1250. DOI : 10.1134/S0031918X16120036.
  52. 52. Chikova, O.A. Measurement of young’s modulus and hardness of Al-50 wt % Sn alloy phases using nanoindentation / O.A.Chikova, E.V. Shishkina, A.N. Konstantinov // Phys. Metals and Metallography. 2013. V.114(7). P.616-622. DOI : 10.1134/S0031918X1307003X.
  53. 53. Belomestnykh, V. N. Behavior of poisson’s ratio in the crystal Cu2O / V.N. Belomestnykh, E.G. Soboleva // Appl. Mech. Mater. Trans. Tech. Publ. Ltd. 2014. V.682. P.170-173. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.682.170
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека