Тольяттинские ученые разработали покрытие для медных деталей
Ученые Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали технологию повышения прочности поверхности медных изделий с помощью купридов магния. Процесс отличается низкой трудоемкостью, не требует сложного оборудования, а полученное покрытие в несколько раз тверже исходной меди. Это особенно важно в электротехнике и машиностроении, где продление срока службы детали напрямую снижает себестоимость производства.
Медь — один из самых востребованных цветных металлов в промышленности. Ее используют там, где нужна высокая электро- и теплопроводность, хорошие антифрикционные свойства — от электродвигателей до подшипников скольжения. Но у этого металла есть слабое место — невысокая твердость и низкая износостойкость. Из-за этого срок службы медных изделий ограниченный.
Для повышения прочности поверхности медных изделий используют разные способы: добавляют легирующие элементы, измельчают структуру, синтезируют сложные композиты. Все эти методы, как правило, дороги, энергозатратны или технологически сложны.
Авторы предложили новый подход: формировать на поверхности меди сверхпрочное покрытие из интерметаллидов — химических соединений меди и магния. На поверхность медного изделия помещают навеску магния, засыпают специальной солью (активирующим флюсом) и нагревают до 750–800 °C. Магний плавится, растекается и вступает в химическую реакцию с медью.
«Уже через 7 минут мы получаем покрытие твердостью от 100 до 185 кгс/мм². Для сравнения: у обычной меди твердость около 30–40 кгс/мм². То есть поверхность становится тверже в 3–6 раз, на уровне конструкционной стали. При этом, метод не требует наличия вакуумных камер, сложных газовых атмосфер, дорогих легирующих добавок, а также длительных термических циклов. Достаточно обычной лабораторной или производственной печи и доступных материалов — магния и флюса», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» ТГУ, профессор Александр Ковтунов.
В процессе экспериментов ученые системно исследовали, как разные флюсы влияют на состав, структуру и свойства покрытия, обеспечивая одновременно хорошее растекание магния и нужные механические свойства покрытий.
«Покрытия с максимальной твердостью (до 185 кгс/мм²) хрупки и могут применяться там, где деталь не испытывает ударных нагрузок, а покрытия с твердостью около 100 кгс/мм² — более пластичные и без микротрещин, они подходят для работы в сложных условиях. Свойства покрытий определяются технологическими режимами процесса и составом флюса. Флюс не только очищает поверхность магния от оксидной пленки, но и может легировать покрытие компонентами, повышающими механические свойства покрытия на основе купридов магния», — объяснил младший научный сотрудник кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» ТГУ Юрий Хохлов.
По словам ученых, разработанная ими технология решает конкретные промышленные задачи — твердое покрытие продлевает срок службы деталей, а медная сердцевина обеспечивает высокую теплопроводность. Метод также можно использовать для защиты от абразивного износа там, где медная деталь соприкасается с другой поверхностью.
«Мы решили классическую задачу материаловедения: как повысить износостойкость меди без потери ее главных свойств. Наш метод — это фактически «поверхностная металлургия». Подбирая состав флюса, мы можем управлять свойствами покрытия: получать либо максимально твердый, но хрупкий слой, либо более пластичный и трещиностойкий. Технология готова к опытно-промышленным испытаниям, – резюмировал Александр Ковтунов.
Ученые отмечают, что технология не требует дорогих зарубежных установок или дефицитных легирующих материалов — все необходимое, включая магний, флюсы и обычную печь, доступно в России.
Источник: Пресс –служба ТГУ