Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выполненные работы. 1. Формирование покрытий системы Al2O3-Ag с использованием последовательных операций электровзрывного напыления, электронно-пучковой обработки и азотирования в различных режимах. 2. Исследование структуры покрытий методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового, рентгеноспектрального и микрорентгеноспектрального анализа, параметров шероховатости поверхности. 3. Исследование свойств покрытий: микро- и нанотвердость, модуль Юнга, коэффициент трения, износостойкость в условиях сухого трения, электроэрозионная стойкость в условиях дуговой эрозии. 4. Анализ результатов исследований, выбор финальных параметров. Полученные научные результаты. 1. Разработан и всесторонне изучен с позиции исследования структуры и свойств способ повышения электроэрозионной стойкости электрических контактов. Реализация способа возможна при последовательном применении электровзрывного напыления с использованием серебряной фольги и порошковой навески оксида алюминия с определёнными значениями массы, электронно-пучковой обработки и азотирования. 2. Основными элементами, обнаруженными в ходе рентгеноспектрального анализа покрытий системы Al2O3-Ag после всех этапов последовательных обработок, являются Ag и Al. 3. Минимальные значения параметров шероховатости поверхности покрытий Ra и Rz снижаются относительно уровня шероховатости до электронно-пучкового воздействия примерно в 8,9 и 7,2 раза соответственно при энергии пучка электронов 50 Дж/см2 (150 мкс, 30 имп., 0,3 с-1), – Ra = 14,3 мкм, Rz = 75,2 мкм после электровзрывного напыления и Ra = 1,6 мкм, Rz = 10,5 мкм после электронно-пучковой обработки. После финишного азотирования Ra = 2,1 мкм, Rz = 11,2 мкм. 4. Развитая морфология поверхности покрытий на основе серебра с добавлением Al2O3: центральная часть покрытий представлена зоной с капельной структурой, сформированной в результате воздействия крупнодисперсной составляющей гетерогенного плазменного пучка, полученного при электровзрывном напылении, а также следы течения расплава по поверхности подложки и локальные нарушения сплошности покрытия на периферийной части, – подтверждено данными сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. 5. Покрытия толщиной 100 мкм со структурой серебряной матрицы и множественными включениями оксида алюминия от 1 до 7 мкм, сгруппированные в виде кластеров двух типов: изогнутых линий и эллиптических скоплений, после электровзрывного напыления. Удаление из объема покрытия кластеров и формирование структуры только на основе включений оксида алюминия и серебряной матрицы, проникновение серебряной матрицы по границам медных зерен подложки вследствие действия электронно-пучковой обработки. Сохраните структуры после электронно-пучковой обработки на финишном этапе азотирования покрытий. Научный результат подтвержден данными сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. 6. Основной фазой покрытий является серебро, упрочненное оксидом алюминия в трех модификациях, характеризующихся разными типами кристаллических решеток, фазы на основе гранецентрированных кристаллических решеток, характеризующиеся разными параметрами решеток: это твердые растворы на основе серебра и меди, незначительное количество фазы меди от подложки, азот встроился в уже существующие кристаллические решетки в виде твердого раствора (что привело к изменению параметров решеток) и не сформировал самостоятельные соединений, – подтверждено результатами рентгенофазового анализа. 7. Микроструктура покрытия после электровзрывного напыления представлена твердым раствором серебра в меди с частицами Al2O3 различных размеров – от наноразмерных до микронных. При этом распределение частиц неоднородно. Следует отметить наличие достаточно крупных областей, представленных фазой Al2O3. После электровзрывного напыления и электронно-пучковой обработки происходит переплав покрытия и подложки с формированием чередующихся зерен (иногда в виде ячеистой структуры) с твердыми растворами на основе серебра и меди. Внутри таких зерен наблюдаются преимущественно наноразмерные частицы Al2O3. Микроструктура после электровзрывного напыления, электронно-пучковой обработки и азотирования в основном подобна микроструктуре после электровзрывного напыления и электронно-пучковой обработки. Основное отличие – появление значительного количества дисперсных частиц внутри зерен на основе твердых растворов меди и алюминия. Предположительно, эти частицы являются нитридами типа MN, или M2N (M – Cu, Ag, Al). Их однозначная интерпретация затруднена ввиду слабых отражений и наличия множественных рефлексов. Научный результат подтвержден данными просвечивающей электронной микроскопии. 8. Электронно-пучковая обработка, как и комплексная обработка (электронно-пучковая и ионно-плазменная) приводит к уменьшению коэффициента трения на образцах с электровзрывным покрытием системы Al2O3-Ag по сравнению с исходными образцами. В зависимости от режимов обработки средний коэффициент трения колеблется в пределах μ = 0,31–0,52 и снижается по схеме: исходный → после облучения → после облучения и азотирования. Скорость износа при этом уменьшилась после электронно-пучкового воздействия и увеличилась после дальнейшего ионно-плазменного воздействия, оставаясь, однако, более низкой относительно скорости износа исходного материала. 9. После электровзрывного напыления покрытий системы Al2O3-Ag значение нанотвердости составляет H = 9,3 ±0,1 ГПа, а модуля Юнга E = 72,7 ± 8 ГПа. После электровзрывного напыления покрытий системы Al2O3-Ag и электронно-пучковой обработки значение нанотвердости составляет H = 9,4 ±0,1 ГПа, а модуля Юнга E = 74,1 ± 10 ГПа. После электровзрывного напыления покрытий системы Al2O3-Ag, электронно-пучковой обработки и азотирования значение нанотвердости составляет H = 9,5 ±0,2 ГПа, а модуля Юнга E = 76,7 ± 7 ГПа. 10. Вне зависимости от режима обработки микротвердость зависит от того попадает ли индентор в серебряную матрицу или включения оксида алюминия или других упрочняющих фаз. В серебряной матрице значение микротвердости по Виккерсу изменяется в пределах 0,251–0,265 ГПа. В местах включений значение микротвердости по Виккерсу изменяется в пределах 18,6–19,6 ГПа. 11. Испытания на электроэрозионную стойкость в условиях дуговой эрозии электровзрывных покрытий системы Al2O3-Ag демонстрируют достигнутые значения 8000 циклов включений/отключений при низком электрическом сопротивлении, изменяющимся в пределах R = 10,7 – 12,4 мкОм. Электрическое сопротивление имеет схожие закономерности изменения для всех исследованных покрытий. С увеличением числа циклов переключений наблюдается первоначальное уменьшение значений электрического сопротивления, вызванное выравниванием поверхности вследствие возникновения электрической эрозии.