СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОЙ МЕДИ НАНОСЕКУНДНЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ (НЭМИ) ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ ЖАРО- И КОРРОЗИОННОСТОЙКОСТИ
PROCESSING METHOD OF LIQUID COPPER BY NANOSECOND ELECTROMAGNETIC PULSE (NSEP) FOR INCREASING OF ITS HEAT- AND CORROSION RESISTANCE

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для получения отливок, требующих высокой жаро- и коррозионностойкости при сохранении высокой теплопроводности.
Известен способ обработки жидкой меди для повышения жаро- и коррозионностойкости путем легирования ее Zn, Be, Mg, Ni и др.
Недостатками этого способа являются дороговизна легирующих элементов и снижение теплопроводности вследствие усложнения состава меди.
В качестве наиболее близкого аналога по совокупности существенных признаков и назначению принят способ обработки расплава меди и ее сплавов наносекундными электромагнитными импульсами, раскрытый в RU 2287605 С1 [2].
Недостаток этого способа заключается в том, что технической задачей является только повышение теплопроводности и вопрос о повышении жаро- и коррозионностойкости меди не рассматривался.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа обработки жидкой фазы НЭМИ для повышения жаростойкости и коррозионностойкости меди.
Технический результат заключается в получении меди с повышенными жаростойкостью и коррозионностойкостью соответственно в 1,25 и 2,0 раза при обработке жидкой меди способом, включающем обработку жидкой меди наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) при температурах, превышающих температуру плавления меди на 200-220°С, с последующим охлаждением с любой реальной для данного процесса скоростью охлаждения жидкой меди.
Характеристики оборудования, используемого для обработки жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами, методы определения жаро- коррозионностойкости:
1. Генератор НЭМИ (ГНИ-01-1-6) имеет следующие характеристики: полярность импульсов - положительная; амплитуда импульсов на нагрузке 50 Ом - 6000 В; длительность импульсов на половинном уровне - 0,5 нс; максимальная допустимая частота следования генерируемых импульсов - 1 кГц; задержка выходного импульса запуска - 120 нс; максимальный ток, потребляемый генератором во всем диапазоне питающих напряжений, не более 1,7 А при частоте 61 кГц.
3
2. Исследования коррозионностойкости. Коррозионностойкость оценивалась по потере массы в коррозионной среде 68%-ного раствора HNO в течение 10 минут.
2
3
обр
этал
Δm
2
3. Исследования жаростойкости (окалиностойкости) с применением дериватографа Q-1000 фирмы МОП; кинетические исследования выполнены при атмосферном давлении в среде воздуха при скорости нагрева 10 град/мин до 1000°С; ошибка измерений не превышала ±1°С; эталоном сравнения служил порошок AlО; величина навески составляла 0,2 г; образец для испытаний имел цилиндрическую форму диаметром 0,005 м и высотой 0,01 м; дериватограф использовался в Q-режиме; нагрев осуществлялся линейно в течение 120 минут с последующей 6-часовой выдержкой; при этом автоматически производилась запись дифференциальных кривых зависимостей температуры ΔТ=f(Т) [ДТА], массы Δm=f(T, τ) и скорости окисления V=f (Т, τ) [ДТГ и ТГ соответственно]; на основании этих зависимостей определяли прирост массы образца в процессе окисления, причем привес относился к единичной его площади поверхности S (Δm/S·τ, г/м·ч).
Пример 1
Нагревают медь до температур 1183, 1280, 1300 и 1400°С. После стабилизации температур жидкую медь обрабатывают наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) в течение 5, 10, 15, 20 и 25 минут с последующим охлаждением со скоростью, реальной для данного процесса. Изучали влияние продолжительности обработки жидкой фазы при различных температурах перегрева на жаростойкость меди на дериватографе Q1000 фирмы МОП (фиг.1).
Установлено, что при температурах обработки жидкой фазы НЭМИ, превышающих температуру плавления меди (1083°С) на 200-220°С, и продолжительности облучения ее НЭМИ 10 минут наблюдается максимальная жаростойкость (минимальное значение Δm/S).
Пример 2
При аналогичных режимах обработки жидкой фазы НЭМИ изучали влияние продолжительности обработки на коррозионностойкость меди марки М0 (фиг.2).
Установлено, что при температурах обработки жидкой фазы НЭМИ, превышающих температуру плавления меди на 200-220°С, и продолжительности обработки НЭМИ 10 минут наблюдалась максимальная коррозионностойкость (минимальное значение К).
Недогрев или перегрев жидкой фазы относительно температуры 1280…1300°С снижает коррозионностойкость меди.
Пример 3
При аналогичных режимах обработки жидкой фазы НЭМИ изучали влияние скорости охлаждения ее на жаростойкость и коррозионностойкость меди.
Установлено, что скорость охлаждения жидкой фазы 20…100°С/мин практически не влияет на жаро- и коррозионностойкость меди. При больших скоростях охлаждения (более 100°С/мин) жидкой фазы вследствие заметного измельчения зерен наблюдается уменьшение жаро- и коррозионностойкости меди. Реальная скорость охлаждения в литейном производстве составляет менее 100°С/мин.
В результате установлено, что максимальная жаростойкость и коррозионностойкость меди наблюдаются при 10 минутной обработке жидкой фазы НЭМИ при 1280-1300°С с последующей скоростью охлаждения, реальной для данного процесса.
Источники информации
1. Б.А.Колачев, В.А.Ливанов, В.И.Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1972. - С.269-275.
2. Патент RU 2287605 С1 «Способ обработки расплава меди и ее сплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) для повышения их теплопроводности» 21.03.2005. Авторы: Ри Э.Х., Ри Хосен, Белых В.В.