RU2464354C1 - Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces - Google Patents
Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464354C1 RU2464354C1 RU2011116157/02A RU2011116157A RU2464354C1 RU 2464354 C1 RU2464354 C1 RU 2464354C1 RU 2011116157/02 A RU2011116157/02 A RU 2011116157/02A RU 2011116157 A RU2011116157 A RU 2011116157A RU 2464354 C1 RU2464354 C1 RU 2464354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- tungsten
- carbon
- powders
- coatings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии напыления покрытий на металлические поверхности, в частности к технологии напыления беспористых вольфрам-углерод-медных покрытий с применением импульсных многофазных плазменных струй, формируемых при электрическом взрыве медной фольги с размещенной на ней навеской порошков вольфрама и графита или технического углерода, и может быть использовано в электротехнической промышленности для напыления на контактные поверхности покрытий, обладающих высокой электроэрозионной стойкостью.The invention relates to a technology for spraying coatings on metal surfaces, in particular, to a technology for spraying non-porous tungsten-carbon-copper coatings using pulsed multiphase plasma jets formed during an electric explosion of copper foil with a sample of tungsten and graphite or carbon black powders placed on it, and can be used in the electrical industry for spraying on the contact surfaces of coatings with high electrical discharge resistance.
Известен способ [1] изготовления композиционного материала электротехнического назначения, включающий смешивание порошков, введение в полученную смесь спиртового раствора ортофосфорной кислоты, пластифицирование, прессование и вакуумное жидкофазное спекание, при этом смешивание порошков осуществляют в два этапа, сначала смешивают порошки вольфрамокобальтового твердого сплава и меди, затем полученную смесь смешивают с графитом, после чего вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, вес.%: медь - 40-60, графит - 1,0-3,0, H3PO4+C2H5OH - 3,0-6,0, твердый сплав - остальное, а в процессе нагрева при спекании производят две изотермические выдержки: первую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Сu-Р, вторую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Сo-Р.A known method [1] for the manufacture of a composite material for electrical purposes, including mixing powders, introducing into the resulting mixture an alcoholic solution of phosphoric acid, plasticizing, pressing and vacuum liquid phase sintering, the mixing of the powders is carried out in two stages, first powders of tungsten-cobalt hard alloy and copper are mixed, then the resulting mixture is mixed with graphite, after which an alcoholic solution of phosphoric acid is introduced in the following ratio of components, wt.%: qi - 40-60, graphite - 1.0-3.0, H 3 PO 4 + C 2 H 5 OH - 3.0-6.0, the hard alloy - the rest, and during heating during sintering, produce two isothermal extracts : the first - at the temperature of formation of the fusible Cu-P eutectic, the second - at the temperature of formation of the fusible Co-P eutectic.
Недостатками способа формирования материалов для контактов методами порошковой металлургии являются невозможность его использования для формирования покрытий, большая длительность процессов его реализации и многостадийный характер.The disadvantages of the method of forming materials for contacts by powder metallurgy methods are the impossibility of using it to form coatings, the long duration of its implementation processes and the multi-stage nature.
Наиболее близким к заявляемому является способ [2] изготовления композиционного материала электротехнического назначения, включающий смешивание порошков, введение в полученную смесь спиртового раствора ортофосфорной кислоты, пластифицирование, прессование и вакуумное жидкофазное спекание, при этом смешивание порошков осуществляют в два этапа, сначала смешивают порошки вольфрамокобальтового твердого сплава, никеля и меди, затем полученную смесь смешивают с графитом, после чего вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты в количестве, необходимом для получения следующего соотношения компонентов в спеченном материале, вес.%: медь - 30-50, никель - 5,0-15,0, графит - 1,0-3,0, фосфор - 0,8-1,5, твердый сплав - остальное, причем в процессе нагрева при спекании производят три изотермические выдержки: первую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Сu-Р, вторую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Ni-P и третью - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Сo-Р.Closest to the claimed is a method [2] for the manufacture of a composite material for electrical purposes, including mixing powders, introducing into the resulting mixture an alcoholic solution of phosphoric acid, plasticizing, pressing and vacuum liquid phase sintering, while mixing the powders is carried out in two stages, first powders of tungsten-cobalt solid are mixed alloy, nickel and copper, then the resulting mixture is mixed with graphite, after which an alcoholic solution of phosphoric acid is introduced in an amount necessary to obtain the following ratio of components in the sintered material, wt.%: copper - 30-50, nickel - 5.0-15.0, graphite - 1.0-3.0, phosphorus - 0.8-1, 5, the hard alloy - the rest, and during the heating process during sintering, three isothermal extracts are performed: the first at the temperature of formation of the fusible Cu-P eutectic, the second at the temperature of formation of the low-melting eutectic Ni-P and the third at the temperature of the formation of low-melting Co-P eutectic .
Недостатками способа формирования материалов для контактов методами порошковой металлургии являются невозможность его использования для формирования покрытий, большая длительность процессов его реализации и многостадийный характер.The disadvantages of the method of forming materials for contacts by powder metallurgy methods are the impossibility of using it to form coatings, the long duration of its implementation processes and the multi-stage nature.
Задачей заявляемого изобретения является получение на медных контактных поверхностях вольфрам-углерод-медного покрытия, обладающего высокими электропроводностью, твердостью и износостойкостью, а также адгезией покрытия с основой на уровне когезии.The objective of the invention is to obtain on copper contact surfaces of a tungsten-carbon-copper coating having high electrical conductivity, hardness and wear resistance, as well as adhesion of the coating to the base at the level of cohesion.
Поставленная задача реализуется способом формирования вольфрам-углерод-медных покрытий на медных контактных поверхностях. Способ включает смешивание порошков, порошки вольфрама и графита или технического углерода общей массой 90…120 мг смешивают в стехиометрическом соотношении 1:1 и размещают на медной фольге массой 90…120 мг, путем электрического взрыва которой в едином технологическом процессе формируют импульсную многофазную плазменную струю и оплавляют ею медную контактную поверхность при значении поглощаемой плотности мощности 6,5…7,6 ГВт/м2.The problem is realized by the method of forming tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces. The method includes mixing powders, tungsten and graphite powders or carbon black with a total mass of 90 ... 120 mg are mixed in a stoichiometric ratio of 1: 1 and placed on a copper foil of a mass of 90 ... 120 mg, by means of an electric explosion, a pulsed multiphase plasma jet is formed in a single technological process and it melt the copper contact surface with a value of absorbed power density of 6.5 ... 7.6 GW / m 2 .
Структура покрытия, получаемого заявляемым способом, наиболее близка к структуре композиционного материала, получаемого в прототипе. Преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что покрытие формируется в едином технологическом процессе в импульсном режиме, а в формируемом вольфрам-углерод-медном покрытии отсутствует пористость, при этом покрытие обладает высокой адгезией с основой на уровне когезии.The structure of the coating obtained by the claimed method is closest to the structure of the composite material obtained in the prototype. The advantages of the proposed method compared to the prototype are that the coating is formed in a single technological process in a pulsed mode, and there is no porosity in the formed tungsten-carbon-copper coating, while the coating has high adhesion with the base at the level of cohesion.
Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема импульсного плазменного ускорителя для нанесения вольфрам-углерод-медного покрытия на медные контактные поверхности, на фиг.2 - структура вольфрам-углерод-медного покрытия.The method is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a diagram of a pulsed plasma accelerator for applying a tungsten-carbon-copper coating to copper contact surfaces, and Fig. 2 shows the structure of a tungsten-carbon-copper coating.
Плазменный ускоритель состоит из коаксиально-торцевой системы токоподводящих электродов - внутреннего электрода 1, внешнего электрода 2, разделенных изолятором 3, и разрядной камеры 4, локализующей продукты взрыва и переходящей в сопло, по которому они истекают в вакуумируемую технологическую камеру. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник 5, на котором размещена навеска 6 смеси порошков вольфрама и углерода, тока большой плотности при разряде конденсаторной батареи.The plasma accelerator consists of a coaxial-end system of current-supplying electrodes - an internal electrode 1, an external electrode 2, separated by an insulator 3, and a discharge chamber 4, which localizes the products of the explosion and passes into the nozzle through which they flow into the evacuated process chamber. Electric explosion occurs as a result of passing through a conductor 5, on which a sample 6 of a mixture of tungsten and carbon powders is placed, a current of high density during the discharge of a capacitor bank.
Продукты взрыва с помощью плазменного ускорителя направляются на контактную поверхность. Способ позволяет наносить композиционные покрытия на контактные поверхности площадью до 10 см2 за один импульс воздействия.Explosion products using a plasma accelerator are directed to the contact surface. The method allows to apply composite coatings on contact surfaces with an area of up to 10 cm 2 per pulse of exposure.
Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что мелкодисперсная структура поверхностного слоя содержит высокотвердые карбиды вольфрама α-W2C, WC1-x, WC, вольфрам и медь.By the method of X-ray diffraction analysis it was found that the finely dispersed structure of the surface layer contains highly hard tungsten carbides α-W 2 C, WC 1-x , WC, tungsten and copper.
Исследования методом световой микроскопии показали (фиг.2), что после обработки медной контактной поверхности плазменной струей, сформированной из продуктов электрического взрыва медной фольги массой 90…120 мг, с размещенной на ней навеской смеси порошков вольфрама и графита или технического углерода массой 90…120 мг, взятых в стехиометрическом соотношении 1:1, при значении поглощаемой плотности мощности 6,5…7,6 ГВт/м2, формируются слои толщиной 20…25 мкм. Размеры структурных составляющих слоя порядка 1 мкм и менее.Studies using light microscopy showed (figure 2) that after processing the copper contact surface with a plasma jet formed from the products of an electric explosion of copper foil weighing 90 ... 120 mg, with a sample of a mixture of tungsten and graphite powders or carbon black weighing 90 ... 120 mg taken in a stoichiometric ratio of 1: 1, with a value of absorbed power density of 6.5 ... 7.6 GW / m 2 , layers with a thickness of 20 ... 25 microns are formed. The dimensions of the structural components of the layer are of the order of 1 μm or less.
Измерение нанотвердости в отдельных местах показывает значения 900…1100 HV, что соответствует твердости смеси карбидов вольфрама. В то же время в некоторых местах ее значение достигает только 460 и 190 HV, что соответствует твердости вольфрама и меди.Measurement of nanohardness in individual places shows values of 900 ... 1100 HV, which corresponds to the hardness of a mixture of tungsten carbides. At the same time, in some places its value reaches only 460 and 190 HV, which corresponds to the hardness of tungsten and copper.
Указанный режим является оптимальным, поскольку при поглощаемой плотности мощности ниже 6,5 ГВт/м2 не происходит однородного перемешивания и распределения по объему компонентов струи с материалом медной основы, а выше 7,6 ГВт/м2 происходит ухудшение качества поверхности покрытия вследствие течения расплава под действием неоднородного давления многофазной плазменной струи. При массе смеси порошков более 120 мг происходит перенос только части массы навески на упрочняемую поверхность. Навески массы, меньшей 90 мг, нецелесообразно использовать вследствие малой толщины формируемого покрытия. Использование массы фольги более 120 мг приводит к избытку меди в поверхностном слое, что не обеспечивает требуемой твердости и износостойкости. Использование фольги массы, меньшей 90 мг, нецелесообразно использовать вследствие образования покрытий с малым содержанием меди, что снижает их электропроводность.The indicated mode is optimal, since at an absorbed power density below 6.5 GW / m 2 there is no uniform mixing and volume distribution of the jet components with the copper base material, and above 7.6 GW / m 2 the quality of the coating surface deteriorates due to the melt flow under the influence of inhomogeneous pressure of a multiphase plasma jet. When the mass of the powder mixture is more than 120 mg, only part of the mass of the sample is transferred to the hardened surface. Samples of mass less than 90 mg, it is impractical to use due to the small thickness of the formed coating. The use of a foil mass of more than 120 mg leads to an excess of copper in the surface layer, which does not provide the required hardness and wear resistance. The use of foil masses less than 90 mg is impractical to use due to the formation of coatings with a low copper content, which reduces their electrical conductivity.
Примеры конкретного осуществления способаExamples of specific implementation of the method
Пример 1.Example 1
Обработке подвергали поверхность электротехнической меди марки M1 площадью 5 см2.The surface was subjected to treatment with electrotechnical copper grade M1 with an area of 5 cm 2 .
Порошки вольфрама и графита общей массой 90 мг смешивали в стехиометрическом соотношении 1:1 и размещали на медной фольге массой 90 мг. Проводили электрический взрыв фольги и формировали импульсную многофазную плазменную струю, оплавляли ею медную контактную поверхность при значении поглощаемой плотности мощности 6,5 ГВт/м2 и насыщали оплавленный слой вольфрамом и углеродом.Tungsten and graphite powders with a total mass of 90 mg were mixed in a stoichiometric ratio of 1: 1 and placed on a 90 mg copper foil. An electric explosion of the foil was carried out and a pulsed multiphase plasma jet was formed, the copper contact surface was melted with a copper contact surface with a absorbed power density of 6.5 GW / m 2, and the melted layer was saturated with tungsten and carbon.
В едином технологическом процессе в импульсном режиме получили композиционное покрытие, обладающее высокими электропроводностью, твердостью и износостойкостью, а также адгезией покрытия с основой на уровне когезии.In a single technological process, in a pulsed mode, a composite coating was obtained that has high electrical conductivity, hardness and wear resistance, as well as adhesion of the coating to the base at the level of cohesion.
Пример 2.Example 2
Обработке подвергали поверхность электротехнической меди марки M1 площадью 5 см2.The surface was subjected to treatment with electrotechnical copper grade M1 with an area of 5 cm 2 .
Порошки вольфрама и технического углерода общей массой 120 мг смешивали в стехиометрическом соотношении 1:1 и размещали на медной фольге массой 120 мг. Проводили электрический взрыв фольги и формировали импульсную многофазную плазменную струю, оплавляли ею медную контактную поверхность при значении поглощаемой плотности мощности 6,5 ГВт/м2 и насыщали оплавленный слой вольфрамом и углеродом.Tungsten and carbon black powders with a total mass of 120 mg were mixed in a stoichiometric ratio of 1: 1 and placed on a copper foil with a mass of 120 mg. An electric explosion of the foil was carried out and a pulsed multiphase plasma jet was formed, the copper contact surface was melted with a copper contact surface with a absorbed power density of 6.5 GW / m 2, and the melted layer was saturated with tungsten and carbon.
В едином технологическом процессе в импульсном режиме получили композиционное покрытие, обладающее высокими электропроводностью, твердостью и износостойкостью, а также адгезией покрытия с основой на уровне когезии.In a single technological process, in a pulsed mode, a composite coating was obtained that has high electrical conductivity, hardness and wear resistance, as well as adhesion of the coating to the base at the level of cohesion.
Источники информацииInformation sources
1. Пат. RU №2300445, кл. B22F 3/12, кл. C22C 29/08. Российская Федерация. Способ изготовления композиционного материала электротехнического назначения / Чигрин Ю.Л. [и др.].1. Pat. RU No. 2300445, class B22F 3/12, CL C22C 29/08. The Russian Federation. A method of manufacturing a composite material for electrical purposes / Chigrin Yu.L. [and etc.].
2. Пат. RU №2300446, кл. B22F 3/12, кл. C22C 29/08. Российская Федерация. Способ изготовления композиционного материала электротехнического назначения / Емельянов Е.Н. [и др.].2. Pat. RU No. 2300446, cl. B22F 3/12, CL C22C 29/08. The Russian Federation. A method of manufacturing a composite material for electrical purposes / Emelyanov E.N. [and etc.].
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116157/02A RU2464354C1 (en) | 2011-04-22 | 2011-04-22 | Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116157/02A RU2464354C1 (en) | 2011-04-22 | 2011-04-22 | Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2464354C1 true RU2464354C1 (en) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011116157/02A RU2464354C1 (en) | 2011-04-22 | 2011-04-22 | Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2464354C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546940C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-04-10 | Денис Анатольевич Романов | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts |
| CN106978586A (en) * | 2017-04-01 | 2017-07-25 | 西安交通大学 | A kind of overlay coating processing method of arc-chutes copper tungsten electrical contact material |
| CN113699491A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-infiltrated composite coating |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1482246A1 (en) * | 1987-05-26 | 1995-02-09 | В.П. Снесаревский | Device for application of coating by electric foil explosion |
| UA17204U (en) * | 2006-03-23 | 2006-09-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Method for mine air conditioning |
| CN101798669A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-11 | 上海宝钢设备检修有限公司 | Method for thermally spraying protective coating on surface of copper plate of continuous casting crystallizer |
| RU2398046C1 (en) * | 2009-08-27 | 2010-08-27 | Татьяна Николаевна Осколкова | Procedure for tungsten-cobalt hard-alloyed tool surface hardening |
-
2011
- 2011-04-22 RU RU2011116157/02A patent/RU2464354C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1482246A1 (en) * | 1987-05-26 | 1995-02-09 | В.П. Снесаревский | Device for application of coating by electric foil explosion |
| UA17204U (en) * | 2006-03-23 | 2006-09-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Method for mine air conditioning |
| CN101798669A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-11 | 上海宝钢设备检修有限公司 | Method for thermally spraying protective coating on surface of copper plate of continuous casting crystallizer |
| RU2398046C1 (en) * | 2009-08-27 | 2010-08-27 | Татьяна Николаевна Осколкова | Procedure for tungsten-cobalt hard-alloyed tool surface hardening |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546940C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-04-10 | Денис Анатольевич Романов | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts |
| CN106978586A (en) * | 2017-04-01 | 2017-07-25 | 西安交通大学 | A kind of overlay coating processing method of arc-chutes copper tungsten electrical contact material |
| CN106978586B (en) * | 2017-04-01 | 2018-12-07 | 西安交通大学 | A kind of overlay coating processing method of arc-chutes copper tungsten electrical contact material |
| CN113699491A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-infiltrated composite coating |
| CN113699491B (en) * | 2021-08-31 | 2023-09-12 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-doped composite coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2470089C1 (en) | Method of making molybdenum-carbon-copper coatings on copper contact surfaces | |
| JP2022023164A (en) | Metal powder atomization manufacturing processes | |
| US4404263A (en) | Laminated bearing material and process for making the same | |
| RU2456369C1 (en) | Procedure for forming titanium-boron, copper coatings on copper contact surfaces | |
| RU2464354C1 (en) | Formation method of tungsten-carbon-copper coatings on copper contact surfaces | |
| CN105220004B (en) | A kind of copper-based electric contact composite material and preparation method thereof | |
| Snellman et al. | Continuous gas-phase synthesis of core–shell nanoparticles via surface segregation | |
| RU2518037C1 (en) | METHOD OF ELECTROEXPLOSIVE SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF SYSTEM TiC-Mo ON FRICTION SURFACE | |
| RU2422555C1 (en) | Procedure for electric-explosive application of metal coating on contact surfaces | |
| DE102017129388A1 (en) | Contact arrangement for electrical devices and method of manufacture | |
| EP3041809A1 (en) | Conductive target material | |
| RU2547974C2 (en) | METHOD FOR ELECTROBLASTING SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF TiB2-MO SYSTEM ON FRICTION SURFACE | |
| RU2489515C1 (en) | METHOD FOR ELECTROEXPLOSIVE SPUTTERING OF COMPOSITE COATINGS OF TiB2-Cu SYSTEM ONTO COPPER CONTACT SURFACES | |
| FR2487716A1 (en) | CARBON-BASED ELECTRODE-TOOL FOR ELECTRIC DISCHARGE MACHINING AND METHOD OF MACHINING AN ELECTRO-CONDUCTIVE PIECE USING SUCH AN ELECTRODE | |
| TW200427537A (en) | Electrode for surface treatment by electric discharge, method for manufacturing and method for maintaining the same | |
| Anisimov et al. | Possibility of electric-pulse sintering of powder nanostructural composites | |
| RU2451111C1 (en) | Application method of electroerosion resistant molybdenum-copper composition coatings with filled structure to contact surfaces | |
| RU2478732C1 (en) | Composite electrically blasted conductor for blast deposition of coatings or metal and alloy surface blast alloying | |
| Han et al. | Fabrication of Al 2 O 3 dispersion strengthened copper alloy by spray in-situ synthesis casting process | |
| RU2451110C1 (en) | Application method of electroerosion resistant tungsten-copper composition coatings with filled structure to contact surfaces | |
| Guo et al. | Cu-TiB metal matrix composites prepared by powder metallurgy route | |
| RU2436863C2 (en) | Procedure for application of pseudo-alloy molybdenum-copper coating on copper contact surface | |
| CN107429384B (en) | The manufacturing method of Cu-Ga alloy sputtering targets and Cu-Ga alloy sputtering targets | |
| RU2455388C1 (en) | Method for application of electric-erosion resistant copper-molybdenum composite coatings with layered structure to contact surfaces | |
| Shvetsov et al. | Erosion of explosively compacted Mo/Cu electrodes in high-current arc discharges |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130423 |