Состав материала электродов генератора низкотемпературной плазмы

Состав материала электродов генератора низкотемпературной плазмы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для изготовления электродов генераторов низкотемпературной плазмы, обеспечивающих увеличение ресурса эксплуатации.

Применяемые в настоящее время медные электроды по ресурсу эксплуатации (40-50 часов) не отвечают современным требованиям. Для повышения ресурса эксплуатации известно использование композиционных материалов на основе меди, легированных тугоплавкими материалами. Так, в патенте РФ предложен спеченный материал следующего состава (мас.%): карбид титана 7-13; ниобий 1,5-5 или пятиокись ниобия 2,5-7,6; медь остальное (пат. РФ 2009562, КЛ Н01Н 1/02, приоритет 1992.05.26, опубликовано 1994.03.15). В японском патенте JP 2007066677, КЛ Н05Н 1/26, опубликованном 2007-03-15, предлагается для увеличения ресурса эксплуатации добавлять к медной основе гафний, цирконий либо сплавы на их основе.

В качестве прототипа принят материал электродов низкотемпературных плазматронов, в котором использована спеченная смесь медного и железного порошка и окись иттрия Y₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- железо 3-30;

- Y₂O₃ 0,1-1,0;

- медь остальное

(Патент РФ № 2176833, 7 H01J 9/04, опубл. 10.12.2001, бюл. № 34).

Указанный материал позволяет увеличить ресурс эксплуатации до 60-80 часов, что в 1,5-2 раза больше по сравнению с ресурсом используемых в настоящее время медных электродов, однако требования к ресурсу эксплуатации постоянно растут и указанных величин на сегодняшний день недостаточно.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение ресурса эксплуатации электродов генераторов низкотемпературной плазмы.

Технический результат достигается за счет того, что в состав материала, содержащего железо и медь, дополнительно введен хром в виде субмикронных частиц при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- железо 10-50;

- хром субмикронный 0,5-1,5;

- медь остальное.

При этом в отличие от прототипа в материал не вводятся частицы окиси иттрия, так как их введение при заявленных соотношениях компонентов, как установлено авторами, приводит к ухудшению механических свойств.

Кроме того, технический результат достигается за счет того, что в указанный выше состав материала, содержащего медь, железо и хром субмикронный, дополнительно введен порошок хрома в виде частиц десятимикронного размера при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- железо 10-40;

- хром десятимикронный 5-20;

- хром субмикронный 0,5-1,5;

- медь остальное.

В основе изобретения лежат экспериментально установленные авторами закономерности. Установлено, что введение субмикронных частиц приводит к повышению интенсивности процесса спекания. Помимо уменьшения остаточной пористости происходит также изменение формы пор, их сфериодизация, приближение к шарообразной форме, в результате чего снижается электросопротивление и повышаются теплопроводность, прочностные характеристики и относительное удлинение. Все это благоприятно влияет на ресурсные характеристики и позволяет вводить большее количество тугоплавких компонентов, а также вводить, кроме железа, еще и другие компоненты, например хром. Хром превосходит железо по температуре плавления и кипения, скрытой теплоте плавления и испарения (1535°C и 1900°C; 2450°C и 2735°C; 49 ^кал/_г и 67 ^кал/_г; 1455 ^кал/_г и 1603 ^кал/_г, соответственно). Поэтому введение хрома в состав материала способно благоприятно повлиять на его ресурс эксплуатации. Вместе с тем нами экспериментально установлено, что введение десятимикронных частиц хрома без субмикронных не эффективно. Наиболее эффективно их совместное введение в пропорциях, указанных в формуле изобретения. Гранулометрический состав порошков приведен в таблице 1.

Таблица 1
Гранулометрический состав порошковых материалов
№ п/п	Состав порошка	Фракция, мас.%
160-100 мкм	100-63 мкм	63-40 мкм	40-25 мкм	25-16 мкм	16-10 мкм	10-6 мкм	6-4 мкм	4-2,5 мкм	2,5-1,6 мкм	1,6-1,0 мкм	1,0-0,6 мкм	0,6-0,4 мкм	0,4-0,2 мкм	0,2-01 мкм
1	Порошок меди	-	-	2	58	32	8	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Порошок железа	5	15	20	38	22		-	-	-	-	-	-	-	-	-
3	Порошок хрома десяти микронный	-	-	-	45	20	35	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4	Порошок хрома субмикронный	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	5	20	38	37

Введение субмикронных частиц в объем материала и его изготовление проводилось в соответствии со способом, защищенным заявкой № 2007116914/018401 от 04.05.2007 г. на получение патента РФ «Способ изготовления композиционного материала с объемной наноструктурой», МКИ В22F 1/00, существо которого состоит во введении субмикронных частиц путем вакуумной пропитки основы их суспензией в защитной жидкости. Пример реализации изобретения приведен в таблице 2. Приведенные данные подтверждают правильность предложенного решения и выбранного химического состава и соотношения ингредиентов.

Эксперименты проводились на электродах плазматронов типа ПТВ, представляющих собой цилиндры ⌀20×80 при горении дуги со стороны торца.

В качестве исходных материалов были использованы:

- электролитический медный порошок марки ПМС-1 по ГОСТ 4960-89;

- железный распыленный порошок марки ПЖРВ-2 по ГОСТ 9849;

- порошок хрома марки ПХ-1 по ТУ 14-22-151-2001 в исходном состоянии;

- тот же порошок хрома после его диспергирования в ультразвуковой установке в защитной жидкости.

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что ресурс эксплуатации электродов увеличивается в 3 и более раз по сравнению с традиционными медными электродами и превосходит ресурс эксплуатации материала, принятого в качестве прототипа.

Экономический эффект определяется повышением ресурса эксплуатации и снижением расхода дорогостоящих медных электродов.

1. Состав материала электродов генератора низкотемпературной плазмы, содержащий медь и железо, отличающийся тем, что в него дополнительно введен порошок хрома в виде частиц субмикронного размера при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железо	10-50
хром субмикронный	0,5-1,5
медь	остальное

2. Состав материала по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен порошок хрома в виде частиц десятимикронного размера при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железо	10-40
хром десятимикронный	5-20
хром субмикронный	0,5-1,5
медь	остальное