Инновационный Вестник "Современные Нанотехнологии"

Нанопорошки меди и ее сплавов с размером от 0,01 до 1,0 мкм получают методом испарения-конденсации на заводе Научно-производственного предприятия «Высокодисперсные металлические порошки» (ВМП) в Екатеринбурге (Россия). Процесс включает расплавление и испарение металла, конденсацию пара в среде инертного газа и накопление образовавшегося порошка в холодной части объема аппарата. При необходимости производят стабилизацию порошка, пассивирующим агентом.

В статье приводятся характеристики получаемых субмикронных порошков меди и её сплавов, свойства которых зависят от структуры поверхностного слоя испаряющегося расплава и определяются диаграммой состояния и особенности процессов их получения.
Развитая удельная поверхность субмикронных порошков, на порядок превышающая удельную поверхность порошков традиционной крупности, обусловливает столь же резкое повышение химической активности. Это объясняет интерес к исследованию специфических возможностей использования нанопорошков медных сплавов.
Известно, что под воздействием жестких механических нагрузок и высокой температуры поверхностные слои металла фрагментируются, образуя слои с нанокристаллической структурой с размером фрагментов от 3 до 700 нм. Это приводит к многократному увеличению диффузионной подвижности атомов и образованию практически беспористой структуры поверхности металла, которая не достигается  никаким другим способом обработки.

Исследованиями установлено, что при введении между контактирующими стальными поверхностями смазочной композиции, содержащей нанопорошок сплава меди, возникают процессы, приводящие к наноструктурным превращениям поверхностных слоев стали. Выделившиеся атомы меди обладают повышенной энергией, вследствие чего активно взаимодействуют с металлом-подложкой, встраиваясь в его поверхностные слои. Происходит микромодифицирование поверхности металла и образование наноструктурного покрытия, обладающего необычным свойством – сочетанием высокой твердости с повышенной пластичности.

Структура нанопокрытия, образующегося на стальной основе при термо-механических нагрузках в присутствии субмикронных порошков медного сплава, изучена средствами оптической и электронной микроскопии, атомно-адсорбционной спектрофотометрии, эмиссионно-спектрального, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализа.

Нанокристаллическая медь обнаружена практически на всей глубине образовавшихся слоев. На микродифрактограммах обнаруженно кольцевое расположение рефлексов, подтверждающее нанокристаллический характер образующейся структуры. На глубине до 25 мкм появляются участки с ротационной микроструктурой. Появление подобных деформированных участков является признаком высокой пластичности и обычно наблюдается в структурах, возникающих при высокотемпературных фазовых превращениях. Однако в отсутствие медного сплава такие структуры в наших опытах не наблюдались, что говорит о взаимосвязи между присутствием субмикронного сплава меди и появлением «ротационных» структур.

Образовавшееся в процессе эксплуатации микропокрытие защищает поверхности контакта от износа.

Описанный процесс открывает возможность эффективного использования субмикронных порошков медных сплавов для продления срока эксплуатации машин и механизмов.

Авторы разработки:

И.В. Фришберг, Л.В. Золотухина
ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки, Екатеринбург