|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Другим путем решения проблемы создания провочников для обмоточных проводов на сверхвысокие температуры являются разработка специальных медных сплавов и введение в медь упрочняющих добавок. . При температурах свыше 650"°С происходит интенсивная кристаллизация меди. В медной проволоке, нагреваемой до 850 °С в течение 24 ч в атмосфере аргона, образуются зерна, видимые невооруженным глазом. Они могут достигать .размеров, равных поперечному сечению проводника диаметром 1,02 мм. В результате резко снижаются предел прочности прн растяжении и относительное удлинение, что приводит к повреждению проводника даже при легком его изгибе. Поэтому при 650 "С и выше без дополнительного легирования медь непригодна для ра-боты даже в вакууме или инертной среде. Для преодоления трудностей, вызываемых кристаллизацией при очень высоких температурах! применяется усиление металлов дисперсионными добавками. Добавки неорганических окислов, таких как двуокись кремния ЗЮг, глинозем АЬОз, двуокись циркония Zr02, окись бериллия ВеО, способствуют сохранению механических характеристик меди при температурах, отличающихся только на 100°С от температуры -плжяаши. Известно также упрочнение меди тугоплавкими сплавами. Для этого применяется сочетание порошкообразной меди и 3-15% порошка одного из тугоплавких сплавов (или окислов), точка плавления которых выше точки плавления медн и которые при тепловой обработке не вступают в прямую реакцию с медью. Сплавы дисперсионного упрочнения, получаемые методом порошковой металлургии, например меди с окисью алюминия или бериллия, могут дополнительно упрочняться за счет введения в проводник высокопрочных материалов в форме тонких нитей как без ориентации, так и с ориентацией в одном направлении. В качестве упрочняющих нитей используются тонкая металлическая проволока, неметаллические нити или •нитевидные кристаллы с высокой прочностью. В частности, может применяться проволока из вольфрама, молибдена или стали диаметром 0,025-0,45 мм, составляющая до 50% основного .материала проводника. Медная проволока, содержащая 50% i(no объему) вольфрамовых нитей диаметром 0,254 мм, расположенных параллельно ее оси, имеет предел прочности при растяжении свыше 126 кгс/лш и электропроводность, равную около 65% электропроводности чистой меди. Из неметаллических нитевидных материалов применяются аморфные и кристаллические вещества .(стекло, кварц, графит, карбид кремния, нитрид бора и бор). Поверхность нитей из этих материалов не должна иметь повреждений, для чего принимаются специальные меры. Американской фирмой Хэндн эвд Харман разработан •новый медный сплав дисперсионного упрочнения, содержащий частицы окисн бериллия, повышающие температуру рекристаллизации меди. Дисперсные частицы практически не растворяются в меди вплоть до температур, близких к температуре плавления; в результате сплав сохраняет •высокую .прочность при повышенных температурах. При повышении те.мпературы с 20 до 870 °С электропроводность сплава (в процентах электропроводности меди) снижается с 85 до 21, а предел прочности при растяжении с 56,2 до 16,2 кгс/мл1. Сплав хорошо обрабатывается. Пруток диаметром 12,7 мм может быть протянут без промежуточного отжига •на проволоку диаметром 0,8 мл1, которая •навивается на стержень с диаметром, равным диаметру .провода, без признаков разрушения. При пайке сплава при температурах ииже 700 °С можно использовать любой из низкотемпературных серебряных припоев. Фирма рекомендует сплав для самых разнообразных целей, в том числе для обмоточных проводов и кабелей. Определенный интерес представляют также жаростойкие и жаропрочные медные сплавы, полученные обычными способами, а не методом дисперсионного упрочнения. Известно, например, что еще в 1960 Г. фирмой Америкэн машин энд фаунди был предложен медный сплав для работы при 600 X с проводимостью, равной 60% проводимости меди. Присадки в этом сплаве не превышают 1%. В Яптшя разработан медный Оплав для электрических проводов, Обладающий высокими нагревостойкостью и электропроводно-стью. Состав сплава: Те - до 0,2%, Ag-.до 0,1%, остальное - Си. Наличие теллура, кроме повышения жаростойкости, способствует также повышению антикоррозионных свойств сплава. Этот сплав исследовался при длительном •нагреве в диапазоне температур GOO-500 °С. Провода из такого сплава рекомендуются для изготовления роторов электродвигателей, работающих при повышенных температурах в условиях влажного морского воздуха. Легирование меди, как правило, увеличивает ее жаропрочность, т. е. способность сохра11ять иа определенном уровне механические характеристики во время пребывания при повышенных температурах. В то же время,-Несмотря на иекоторое снижение электропроводности, такие сплавы имеют температурный коэффициент сопротивлений меньший, чем у меди. Поэтому при 500-600 °С подобные сплавы пе только сравниваются по электропроводности с медью, но даже могут превосходить ее. Исследованы многочисленные сплавы меди, в том числе с цирконием; цирконием и гафнием; титаном; титаном, оловом и хромом; цирконием и мышьяком •и т. п. Особое внимание было уделено сплавам с удельной электропроводностью, доставляющей 70-99% елек-тропроводиости отожженной меди, и пределом прочности при растяжении, равным 35-66 кгс/лш. Из исследованных сплавов Си - Zr оптимальные свойства имеет сплав, содержащий 0,10-0,15% Zr. Его производство затрудняется химической активностью Zr, вследствие чего прн изготовлении нужны подходящая инертная среда и высокая чистога Си и Zr. Сплав хорошо поддается горячен .и холодной обработке. Холодная обработ-•ка давлением после отжига при 900-9-75 °С повышает прочность и твердость сплава. Температура старения, определяемая ухудшением механических характеристик, после обработки давлением тем .ниже, чем больше огиосительное обжатие, и лежит в пределах 400-450 °С. Хотя прн ко.мнатиой температуре этот сплав имеет несколько меньшие прочность и электропроводность, чем сплав Си с 0,7% Сг, при 400° С его механические и электрические характеристики несколько лучше. Представляет интерес инфо.рмация о сплаве секон, разработан-ном фирмой Секон Метлз ((США). Он сочетает высокую электропроводность и хорошие механические свойства прн повышенных температурах с -пониженным температурны-м коэффициентом сопротивления. Некоторые .марки сплава секон (i№ 406, 407, 411) используются для обмоточных проводов высокой нагревостойкости. Жаростойкие сплавы подобного тнпа находят применение при изготовлении обмоточных проводов в отечественной практике. Одним из таких сплавов является сплав на основе меди, известный под  too zoo 300 Ш 600 °c Рис. 1-14. Зависимость удельной проводимости сплава № 204 от температуры. номером 204. Обладая высокой электропроводностью в исходрюм состоянии (90% электропроводности меди), этот сплав .имеет меньший трм.пературный коэффициент сопротивления, чем медь. Б результате при рабочих температурах порядка 500-600 °С по электропроводности сплав № 204 лревосходит медь (рис. 1-14). Несмотря на то, что для работы при повьпненных температурах мроволока из сплава № 204 дол1жна иметь защитное покрытие, по стойкости к окислению он также превосходит медь. В связи с высокой жаропрочностью этот сплав является пока незаменимым для обмоточных проводов, вкс-плуатируемых при 600-700 "С в инертной среде или вакууме. Особый интерес представляют проводниковые материалы, которые могут работать при 1 ООО °С и выше. Золото без дополнительных покрытий может применяться для работы при 1 ООО °С, однако золотой проводник, по данным США, примерно в 30 раз дороже серебряного с никелевым покрытием и в 150 раз дороже медного с плакированием нержавеющей сталью. Платина (температура плавления 1 773°С) наиболее подходящий материал для использоваи.ия в .диапазоне особо высоких тем.пе-ратур. По данным ряда американских исследователей, критерием для выбора проводниковых материалов, используемых в космической тех пике, может служить произведение удельного электрического сопро гивления р \(мком- см) на плотность \(г1см). Величирш! pv (г мком/см) н удельного электрического сопротивления для ряда металлов И сплавов, которые пр.инципиально мотут применяться для работы прн сверхвысоких температурах, приведены в табл. 1-8. Для кабеля, предназначенного для эксплуатации при 1 100°С, в США •используется семипроволочная жила из родия, обладающего высокой температурой плавления и минимальной величиной pv (исключая золото и серебро). Перспективно применение молибдена, однако нри эксплуатации в воздушной среде необходима защита его от окисления. Заслуживает •внимания также возможность использования •иридия. Способы получения и свойства материалов (табл. 1-8) описаны в ряде работ зарубежных авторов. В частности, родий после сложной обработки приобретает хорошие механические свойства и может применяться при 1 400°С и даже Выше. Платина и золото с целью использования их в качестве проводников при высоких температурах подвергаются дисперсионному твердению. Процесс •начинается с осаждения Pt и Аи из растворов их хлоридов. В процессе осаждения раствор содержит мельчайшие частицы окислов алюмииия или тория, покрывающиеся соответствующим осаждаемым •металлом. ПороШки сушатся, и для удаления адсорбированных газов золото прогревается в течение 4 ч при 650 °С в сухом водороде, платина- такое же время .при 1 300 °С в вакууме. После .этого порошки прессуются н спекаются при 800"С (золото) и 1500°С (платина). Электропроводность полученных таким образом золота с содержанием 3,4% ТЬОг (по объему) и платины с содержанием 2,2% ТЬОг не- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 |