МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ ПОКРЫТИЙ В УСЛОВИЯХ ИСКРОВОЙ ЭРОЗИИ

Предложена модель электроэрозионного разрушения композиционных электровзрывных покрытий систем W – Cu, Mo – Cu, W – C – Cu, Mo – C – Cu, Ti – B – Cu и TiB₂ – Cu в условиях искровой эрозии, происходящей при размыкании электрических контактов. Модель рассматривает испарение электродов под действием теплового потока, который возникает вследствие искрообразования при размыкании электрических контактов. При построении этой модели сопротивление электрических контактов во время испытаний находилось в  интервале 40  –  50  мкОм. Модель строится в рамках задачи нагрева полупространства поверхностным нормальным импульсным источником тепла, равномерно распределенным по площади определенного радиуса и с определенной длительностью воздействия. Распределение энергии импульса во времени аппроксимировали прямоугольным импульсом. Решали уравнение теплопроводности в цилиндрической системе координат для плоского мгновенного источника тепла с учетом конечного времени импульса. По температуре поверхности определяли давление паров металла. В расчетах принимали напряжение на контактах 380  В, силу тока 3  А, время искрового разряда 150  мкс, радиус пятна контакта искрового разряда с поверхностью 152  мкм. В результате расчета определены температура поверхности электродов из чистого материала, температура поверхности электродов из композиционных покрытий, глубина слоя испарения электродов из чистых материалов, потеря массы композиционного покрытия после единичного импульса разряда, относительное изменение объемной электро-эрозионной стойкости электродов из чистых материалов, относительное изменение массовой электроэрозионной стойкости электродов из чистых материалов, относительное изменение объемной электроэрозионной стойкости электровзрывных композиционных покрытий, относительное изменение массовой электроэрозионной стойкости электровзрывных композиционных покрытий. Произведен расчет парциального состава элементов, входящих в композиционное покрытие. Полученные результаты хорошо совпадают с экспериментальными, особенно в тройных системах W – C – Cu, Mo – C – Cu и Ti – B – Cu. При сравнении с литературными данными наблюдается достаточно хорошая корреляция. Для двойных систем W – Cu, Mo – Cu причины отклонения состоят в приближениях модели.

1. Panin V.E., Gromov V.E., Romanov D.A., Budovskikh E.A., Panin S.V. The Physical Basics of Structure Formation in Electroexplosive Coatings // Doklady Physics. 2017. Vol. 62. No. 2. P. 67 – 70.

2. Romanov D.A., Gromov V.E., Glezer A.M., Panin S.V., Semin A.P. Structure of electroexplosion resistant coatings consisting of immiscible components // Materials Letters. 2017. Vol. 188. P. 25 – 28.

3. Romanov D.A., Olesyuk O.V., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. Structure of the molybdenum–carbon– copper composite coatings produced by electroexplosive spraying followed by electron-beam treatment // Russian Metallurgy (Me­ tally). 2015. No. 13. P. 1134 – 1138.

4. Romanov D.A., Olesyuk O.V., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Ivanov­ Yu.F., Teresov A.D. Structural-Phase States and Tribological Properties of Electroexplosive Composite Coatings on Copper after Electron-Beam Treatment // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015. Vol. 9. No. 4. P. 699 – 705.

5. Veklich A., Lebid A., Minakova R., Kryachko L., Grechanyuk N. Peculiarities of interaction of electric arc plasma and composite electrodes’ working surface. – In: 21st Symposium on Physics of Switching Arc 2015. – Nove Mesto Na Morave, Czech Republic, 2015. P. 96 – 99.

6. Bogdan M., Marcin H., Grechanyuk I.N., Grechanyuk N.I., Minakova R.V., Xu L.J. The actual state and prospects of a high power electron beam technology for metallic and non-metallic compositions used in electric contacts and electrodes // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 875-877. P. 1437 – 1448.

7. Grechanyuk N.I., Minakova R.V., Kopylova, G.E. Current state and prospects of high-speed electron-beam evaporation and subsequent vacuum condensation of metals and nonmetals to produce electric contacts and electrodes // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2013. Vol. 52. No. 3-4. P. 228 – 236.

8. Bukhanovsky V., Rudnytsky M., Grechanyuk M., Minakova R., Zhang C. Vapour-phase condensed composite materials based on copper and carbon // Materiali in Tehnologije. 2016. Vol. 50. No. 4. pp.523 – 530.

9. Khomenko E.V., Minakova R.V., Lesnik, N.D. Microstructural evolution­ of Cr-Cu composites in liquid-phase sintering // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2013. Vol. 52. No. 1-2. P. 20 – 31.

10. Khomenko E.V., Minakova R.V., Naida Yu.I. Analyzing the quality of grinding and mixing of copper and chromium powders in a new-type mill // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2012. Vol. 51. pp. 137 – 141.

11. Bukhanovsky V.V, Grechanyuk N.I., Minakova R.V., Mamuzich I., Kharchenko V.V., Rudnitsky N.P. Production technology, structure and properties of Cu-W layered composite condensed materials for electrical contacts // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2011. Vol. 29. No. 5. P. 561 – 644.

12. Bukhanovs’kyi V.V., Rudnyts’Kyi M.P., Kharchenko V.V., Minakova R.V., Grechanyuk M.I., Mamuzic, I. Relationship between composition, structure, and mechanical properties of a condensed composite of coppertungsten system // Strength of Materials. 2011. Vol. 43. No. 4. P. 426 – 437.

13. Bukhanovskii V.V., Minakova R.V., Grechanyuk I.N., Mamuziæ I., Rudnitskii N.P. Effect of composition and heat treatment on the structure and properties of condensed composites of the Cu – W system // Metal Science and Heat Treatment. 2011. Vol. 53. P. 14 – 23.

14. Babich I.L., Boretskij V.F., Kryachko L.A., Minakova R.V., Semenyshyn R.V., Veklich A.N. Thermal plasma of electric arc discharge with silver vapours: Peculiarities of spectroscopic investigations. In: Source of the Document 19th Symposium on Physics of Switching Arc 2011, FSO 2011. 2011. P. 101 – 104.

15. Babich I.L., Boretskij V.F., Kryachko L.A., Minakova R.V., Semenyshyn R.V., Veklich A.N. Plasma of electric arc between composite electrodes on silver base // Problems of Atomic Science and Technology. 2010. No. 6. P. 141 – 143.

16. Ibragimov A.R., Ilinkova T.A., Shafigullin L.N., Saifutdinov A.I. Investigation of mechanical properties of thermal coatings obtained during plasma spraying of powder zirconium dioxide // IOP Conference Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 789, pp. 012022 .

17. Карлслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Нау­ ка, 1964. – 488 с.

18. Лозанский Э.Д., Фирсов О.Б. Теория искры. – М.: Атомиздат, 1975. – 272 с.

19. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. – М.: Наука, 1968. – 244 с.

20. Курочкин В.Д., Минакова Р.В., Кресанова А.П. Состав и параметры искровой плазмы в воздухе с электродами из вольфрам-медной композиции // Теплофизика высоких температур. 1993. Т. 31. Вып. 5. С. 693 – 697.