БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПРОВОЛОКА

Техническое решение относится к композиционным материалам, а именно - к биметаллическим материалам из разнородных металлов круглого, квадратного, прямоугольного, овального и т.п.сечения со сплошным или полым (трубчатым) сердечником.
Биметаллическая проволока представляет собой сочетание двух разнородных металлов с четкой границей раздела (соединения) между ними. Соединяемые разнородные металлы могут быть одной основы (например, сталь + нержавеющая сталь) и различной основы (например, сталь + титан).
Качество биметаллической проволоки зависит свойств переходной зоны, которая образуется путем взаимной диффузии атомов.
Известна биметаллическая проволока из разнородных металлов, содержащая сердечник и оболочку, разделенные переходной зоной, при этом между сердечником и оболочкой расположена припойная прослойка. Переходная зона образована в результате спаивания поверхностей сердечника и оболочки с припойным материалом при температуре, превышающей температуру плавления припойного металла (Эспе В. «Технология электровакуумных материалов», Госэнергоиздат, 1962, т. 1, стр. 236).
Недостаток данной проволоки - неравномерность толщины переходной зоны с увеличенной толщиной припойного металла в нижней части проволоки, что ухудшает прочность соединения металлов сердечника и оболочки, а, значит, и качество готовой проволоки.
Кроме того, переходная зона содержит хрупкие интерметаллиды, что ухудшает прочностные и пластические свойства переходной зоны, а, значит, и проволоки в целом.
Известна биметаллическая проволока из разнородных металлов, содержащая сердечник и оболочку, разделенные переходной зоной, при этом между сердечником и оболочкой расположена металлическая прослойка (а.с. СССР №978500 «Биметаллический пруток» с приоритетом от 04.01.1981).
Градиент прочностных свойств переходной зоны в данной биметаллической проволоке является причиной возникновения в ней очагов разрушения, что в процессе эксплуатации проволоки в условиях изгибающих нагрузок приводит к расслаиванию биметаллической проволоки.
Также известна биметаллическая проволока из разнородных металлов, описанная в статье Трыков Ю.П. и др. «Исследование структурно-механической неоднородности биметаллической проволоки», Известия ВолгГТУ, серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении», вып. 2: межвуз. сб. науч. ст., Волгоград, 2008, №10. с. 56-61 и выбранная в качестве прототипа.
Данная проволока содержит сердечник и оболочку, разделенные переходной зоной, которая имеет структурно-механическую неоднородность и содержит окислы соединяемых металлов, следствием чего является уменьшение прочности соединения, что в процессе эксплуатации проволоки в условиях изгибающих нагрузок может привести к расслаиванию биметаллической проволоки.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание качественной биметаллической проволоки за счет повышения прочностных и пластических свойств переходной зоны.
Решением данной задачи является биметаллическая проволока, содержащая сердечник и оболочку, разделенные переходной зоной, новым в которой является то, что переходная зона состоит из соединенных между собой металлов сердечника и оболочки и углеродных нанотрубок.
В качестве углеродных нанотрубок использованы углеродные нанотрубки серии «Таунит».
Выбор углеродных нанотрубок в качестве модификатора свойств переходной зоны объясняется их высокими прочностными свойствами на растяжение и на изгиб, что под действием механических напряжений, превышающих критические, исключает их дробление (ломку, разрыв) при эксплуатации проволоки.
В готовой биметаллической проволоке переходная зона состоит только из соединяемых металлов и углеродных нанотрубок при полном отсутствии оксидов и интерметаллидов, образуя надежное соединение металлов сердечника и оболочки. При этом углеродные нанотрубки в переходной зоне играют роль армирующих элементов, повышая прочностные и пластические свойства переходной зоны и проволоки в целом.
Проведенные испытания показали, что оптимальная суммарная площадь углеродных нанотрубок, распределенных по всему сечению переходной зоны и ее длине, не превышает 0,025% от площади сечения переходной зоны проволоки.
Выбранные для использования углеродные нанотрубки серии «Таунит», обладают высокой степенью чистоты, стабильностью свойств и налаженным промышленным производством на территории РФ.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна»
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежом, на котором схематично представлено сечение заявляемой проволоки.
Биметаллическая проволока содержит сердечник 1 и оболочку 2, разделенные переходной зоной 3. Переходная зона 3 состоит из металлов сердечника 1 и оболочки 2 и углеродных нанотрубок 4. В качестве углеродных нанотрубок 4 использованы углеродные нанотрубки серии «Таунит».
Заявляемая проволока изготовлена методом холодного волочения на стандартном оборудовании.
Нанотрубки 4 предварительно, на стадии подготовки контактных поверхностей сердечника 1 и оболочки 2 нанесены, по крайней мере, на одну из этих контактных поверхностей.
В заявляемой проволоке толщина оболочки 2 равномерна по сечению и длине проволоки, сердечник 1 расположен точно в центре сечения проволоки, а переходная зона 3, обладающая высокой пластичностью, содержит только соединяемые металлы и углеродные нанотрубки 4 при полном отсутствии оксидов и интерметаллидов.
Высокое качество заявляемой проволоки позволяет ее надежно эксплуатировать в условиях больших растягивающих и изгибающих напряжений.