Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия:

С. А. Оглезнева, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций, директор научного центра порошкового материаловедения, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: ogleznevasa@pstu.ru
С. Е. Порозова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций, докт. техн. наук, доцент
Н. Д. Оглезнев, доцент кафедры инновационных технологий в машиностроении, канд. техн. наук
М. Н. Каченюк, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций, канд. техн. наук

В качестве электротехнических материалов (электродов, контактов) в настоящее время используют медь или графит. Композиционные материалы, в том числе системы медь – графит, обладают лучшими эксплуатационными свойствами — относительной электроэрозионной стойкостью и производительностью, однако они мало исследованы и их применение ограничено. Целью исследований было изучение влияния механического легирования порошковой системы медь – терморасширенный графит и последующего искрового плазменного спекания на структуру частиц и материалов, а также физико-механические свойства. Для экспериментальных исследований структуры и свойств композиционных порошковых материалов применены методы рентгенофазового анализа, рамановской спектроскопии, атомно-силовой микроскопии, металлографии, электроэрозионной прошивки и др. Для изготовления композиционных материалов использованы порошки электролитической меди ПМС-1 (ГОСТ 49-60–75) и термически расширенного графита производства АО «Новомет-Силур». Составы содержали 1 % (мас.) (4 % (об.)) графита. В процессе механического легирования в течение 1, 2, 3 ч в планетарной мельнице САНД (Россия) при соотношении масс порошка и шаров 1:25 установлено разрушение структуры графита, образование твердых растворов углерода в меди и последующий частичный распад их после искрового плазменного спекания в установке Dr. Sinter SPS-1050 (Япония) при 900 ^oС. Показана роль меди в восстановлении графитовых связей при механическом легировании. Разработаны материалы на основе меди с более низким удельным электросопротивлением, чем у меди. Одним из вероятных механизмов снижения электросопротивления может быть образование интеркалатов в графите. Увеличение площади межфазных поверхностей медь – графит и степени деформирования графита при механическом легировании повышает удельное электросопротивление композиционных материалов. Относительный электроэрозионный износ медно-графитовых композиционных материалов коррелировал со значениями удельного электросопротивления и в лучших составах был меньше на 20–30 %, чем у литой меди М1. Технико-экономический эффект от использования электродовинструментов системы медь – графит может быть достигнут за счет снижения себестоимости электродов-инструментов для электроэрозионной обработки (ЭЭО), обладающих повышенной износостойкостью при повышении производительности обработки.

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы деятельности научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование».

1. Алымов М. И., Левинский Ю. В., Набойченко С. С., Касимцев А. В., Панов В. С. и др. Металлическиепорошки и порошковые материалы : справочник / под ред. М. И. Алымова и Ю. В. Левинского. — М. : Научный мир, 2018. — 610 с.
2. Сорокина Н. Е., Авдеев В. В., Тихомиров А. С., Лутфуллин М. А., Саидаминов М. И. Композиционные наноматериалы на основе интеркалированного графита : учебное пособие.—М. : МГУ, 2010.—50 с.
3. Nzoma E. Y., Guillet A., Pareige P. Nanostructured multifilamentary carbon-copper composites: fabrication, microstructural characterization, and properties // Journal of Nanomaterials. 2012. Р. 11.
4. Xiao Z., Chen R., Zhu X., Li Z., Xu G. et al. Microstructure, and physical and mechanical properties of copper–graphite composites obtained by In situ reaction method // Journal of Materials Engineering and Perform. 2020. Vol. 29. P. 1696–1705. DOI: 10.1007/s11665-020-04646-8.
5. Dey S., Roy D. C. Experimental study using different tools // International Journal of Modern Engineering Research. 2013. Vol. 3, Iss. 3. P. 1263–1267.
6. Sivakumar K. M., Gandhinathan R. Establishing optimum process parameters for machining titaniumalloys (Ti₆Al₄V) in spark electric discharge machining // International Journal of Engineering and Advanced Technology. 2013. Vol. 2. Р. 201–204.
7. Oglezneva S. A., Khanov A. M., Porozova S. E., Ogleznev N. D., Giljev V. G. et al. Research of the interaction of graphite with copper in powder composite materials for EDM tools during sintering // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7, Iss. 5. P. 964–973.
8. Довыденков В. А., Довыденкова А. В., Ярмолык М. В. Получение и свойства композиционных материаловиз смеси механически легированных гранул медного порошка // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015.№4. С. 28–33.
9. Белявин К. Е., Гафо Ю. Н., Минько Д. В., Решетников Н. В. Теоретические исследования формирования межчастичных контактов при электроразрядном спекании порошковых материалов // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. 2009. № 3. С. 139–145.
10. Андреева В. Д., Степанова Т. Р. Влияние атомов меди на структуру графита // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. Вып. 18. С. 18–23.
11. ГОСТ 4960–75. Порошок медный электролитический. Технические условия. — Введ. 01-01-1977. — М. : Издательство стандартов, 1975.
12. ГОСТ 18898–89. Изделия порошковые. Методы определения плотности, содержания масла и пористости. — Введ. 01-01-1991.—М. : Издательство стандартов, 1989.
13. Никонова Р. М., Поздеева Н. С., Ладьянов В. И. Деформационное поведение меди при механоактивации с углеродом // Химическая физика и мезоскопия. 2011. № 131. С. 88–93.
14. Балагуров А. М., Васин Р. Н ., Локаичек Т., Никитин А. Н., Папушкин И. В. Анизотропия, текстура и остаточные напряжения в реакторном графите, прошедшем эксплуатацию//Известия Тульского государственного университета. Серия: Физика. 2006. Вып. 6. С. 75–87.
15. Jorio A. Raman spectroscopy in graphene-based systems: prototypes for nanoscience and nanometrology // International Scholarly Research Network. ISRNNanotechnology. 2012. Vol. 2012. 16 p.
16. Byun M., Kim D., Sung K., Jung J., Song Y.-S. Characterization of copper–graphite composites fabricated via electrochemical deposition and spark plasma sintering //Applied Sciences. 2019. Vol. 9, Iss. 14.—2853 p.
17. Композиционныематериалы : справочник / под ред. Д. М. Карпиноса.—Киев : Наукова думка, 1985.—592 с.