ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 549:54.055
DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-2-85-101
Аннотация
В настоящей работе с помощью комбинированной обработки получено покрытие W-Au толщиной от 120 до 190 мкм на медной подложке. Впервые изучены структурно-фазовые состояния и свойства электроэрозионностойких покрытий на медных электрических контактах системы W-Au-N. На границе контакта покрытия и подложки выявлено формирование переходной зоны, обогащенной атомами золота. Показано, что атомы золота проникают в подложку, формируя протяженные прослойки вдоль границ зерен меди, свидетельствующие о сплавлении покрытия и подложки. Методами микрорентгеноспектрального анализа выявлены островки вольфрама в слое золота, что свидетельствует о неоднородном элементном составе покрытия. Методами рентгенофазового анализа выявлен многофазный состав покрытия: W, Cu128Au272, Au0.2Cu0.8, Cu0.25Au0.75. Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии дополнительно установлено формирование в покрытии частиц нитридов меди и нитридов вольфрама, размеры которых изменяются в пределах 7-20 нм. Установлено, что среднее значение микротвердости изменяется в пределах от 1,1 до 1,29 ГПа и снижается по мере удаления от поверхности покрытия. Модуль Юнга изменяется подобным образом и снижается при удалении от поверхности к границе контакта покрытия и подложки. Показано, что параметр износа покрытия составляет 1,3·10-6 мм3/Н·м, что более чем в 56 раз меньше параметра износа меди. Коэффициент трения покрытия составляет 0,3, что соответствует коэффициенту трения подложки. Можно предположить, что высокие трибологические свойства формируемого покрытия обусловлены наличием наноразмерных частиц нитридных фаз. Изученный нами способ позволяет расширить банк данных о физических процессах и механизмах формирования структурно-фазовых состояний и свойств электроэрозионностойких покрытий на медных электрических контактах системы W-Au-N с использованием электровзрывного напыления, электронно-пучковой обработки и азотирования. Целью работы является получение покрытия системы золото-вольфрам на медной подложке, изучение его физико-механических свойств, а также структурно-фазового состава после воздействия электронного пучка и азотирования.
Ключевые слова
низкоэнергетичный импульсный электронный пучок, азотирование, золото, вольфрам, медь
Для цитирования
Структура и свойства покрытий на основе вольфрама, золота и азота, полученных на медной подложке комплексным электрофизическим методом / Почетуха В.В., Романов Д.А., Ващук Е.С., Филяков А.Д., Иванов Ю.Ф., Гостевская А.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №2. С. 85-101. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2023-21-2-85-101
1. Формирование структуры и свойств электровзрывных электроэрозионностойких покрытий на медных контактах переключателей мощных электрических сетей: монография / В.В. Почетуха, Д.А. Романов, В.Е. Громов, А.Д. Филяков. Новокузнецк: ООО Полиграфист, 2023. 257 с.
2. Анализ физических процессов износа электрических контактов коммутационных низковольтных аппаратов / А.А. Григорьев, М.А. Ваткина // Вестник ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. 2014. №2 (82). С. 3-13.
3. Mattia Scardamaglia, Virginia Boix, Giulio D’Acunto, Claudia Struzzi, Nicolas Reckinger, Xin Chen, Abhay Shivayogimath, Tim Booth, Jan Knudsen Comparative study of copper oxidation protection with graphene and hexagonal boron nitride. Carbon. 2021, vol. 171, pp. 610-617.
4. Dong-Woon Han, Ho-Kyung Kim. Effect of normal forces on fretting corrosion of tin-coated electrical contact // Microelectronics Reliability. 2017, vol. 79, pp. 321-327.
5. Longlong Dong, Wenge Chen, Chenghao Zheng, Nan Deng. Microstructure and properties characterization of tungsten-copper composite materials doped with graphene // Journal of Alloys and Compounds. 2017, vol. 695, pp. 1637-1646.
6. Zaher G., Sauvage X., Jouen S. Influence of crystalline defects on nitrogen implantation in copper for surface hardening // Scripta Materialia. 2023, vol. 231, pp. 115440.
7. Dhuley R.C. Pressed copper and gold-plated copper contacts at low temperatures – A review of thermal contact resistance // Cryogenics. 2019, vol. 101, pp. 111-124.
8. Wanbin Ren, Peng Wang, Jian Song, Guofu Zhai Effects of current load on wear and fretting corrosion of gold-plated electrical contacts // Tribology International. 2014, vol. 70, pp. 75-82.
9. Dao-Yi Wu, Xue Zhou, Li-Ping Li, Guo-Fu Zhai. Microstructure, mechanical properties and tribological behaviors of gold coating determined by surface quality // Surface and Coatings Technology. 2023, vol. 462, pp. 128286.
10. Wanbin Ren, Peng Wang, Yinghua Fu, Cunfa Pan, Jian Song. Effects of temperature on fretting corrosion behaviors of gold-plated copper alloy electrical contacts // Tribology International. 2015, vol. 83, pp. 1-11.
11. Rachel L. Starr, Tianren Fu, Evan A. Doud, Ilana Stone, Xavier Roy and Latha Venkataraman. Starr Gold-Carbon Contacts from Oxidative Addition of Aryl Iodides // Journal of the American Chemical Society. 2020, vol. 142(15), pp. 7128-7133.
12. Tielong Han, Chao Hou, Zhi Zhao, Xintao Huang, Fawei Tang, Yurong Li, Xiaoyan Song. W-Cu composites with excellent comprehensive properties. Composites Part B: Engineering. 2022, vol. 233, pp. 109664.
13. Zhi Zhao, Fawei Tang, Chao Hou, Xintao Huang, Xiaoyan Song. Uncover the mystery of interfacial interactions in immiscible composites by spectroscopic microscopy: A case study with W-Cu // Journal of Materials Science & Technology. 2022, vol. 126, pp. 106-115.
14. Šiller L., Hunt M.R.C., Brown J.W., Coquel J-M., Rudolf P. Nitrogen ion irradiation of Au (110): formation of gold nitride // Surface Science. 2002, vol. 513, pp. 78-82.
15. Pengbo Zhao, Jinpeng Zhu, Kaijun Yang, Mingliang Li, Gang Shao, Hongxia Lu, Zhuang Ma, Hailong Wang, Jilin He. Outstanding wear resistance of plasma sprayed high-entropy monoboride composite coating by inducing phase structural cooperative mechanism // Applied Surface Science. 2023, vol. 616, pp. 156516.
16. Yuankai Li, Chaoquan Hu, Yao Wu, Zhenan Qiao, Yifan Cheng, Zhiqing Gu, Gang Gao, Weitao Zheng. Designing hard wear-resistant conductors by introducing high-plasma-energy heterogeneous metals into transition metal nitrides // Journal of Materials Science & Technology Available. 2023, pp. 213-219.
17. Xi Zou, Tengfei Chang, Zhou Yan, Zi Song Zhao, Yang Pan, Wenyang Liu, Lijun Song. Control of thermal strain and residual stress in pulsed-wave direct laser deposition // Optics & Laser Technology. 2023, vol. 163, pp. 109386.
18. Suzana Jakovljević, Darko Landek Special Issue: Tribological Coatings-Properties, Mechanisms, and Applications in Surface Engineering // Journals Coatings. 2023, vol. 2, pp. 13020451.
19. Hangyu Li, Xianhui Wang,Yuan Fei, Hang Zhang, Jituo Liu, Zhen Li, Yanru Qiu Effect of electric load characteristics on the arc erosion behavior of Ag8wt.%Ni electrical contact material prepared by spark plasma sintering. Sensors and Actuators, A: Physical. 2021, vol. 326, pp. 112718.
20. Chudina O.V., Eletskii A.V., Terent’ev E.V., Bocharov G.S. Steel Surface Modification with Carbon Nanomaterial Using Concentrated Energy Flows // Metal Science and Heat Treatment. 2018, vol. 17, pp. 367-372.
21. Romanov D.A., Pochetukha V.V., Sosnin K.V., Moskovskii S.V.Increase in properties of copper electrical contacts in formation of composite coatings based on Ni-C-Ag-N system // Journal of Materials Research and Technology. 2022, vol. 19, pp. 947-966.
22. Romanov D.A. Improving die tooling properties by spraying TiC-Ti-Al and TiB2- Ti-Al electro-explosive coatings // Materials Research Express. 2020, vol. 7(4), pp. 045010.