📄Работа №200899
Тема: НАНЕСЕНИЕ МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Физика
Объем:
158 листов
Год:
2018
Просмотров:
79
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ РЕШЕНИЙ ПРОБЛЕМЫ
СОВМЕЩЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПАРЫ МЕДЬ-АЛЮМИНИЙ 9
1.1 Электропроводящие смазки 10
1.2 Биметаллические прокладки 12
1.3 Нанесение покрытий на алюминиевые контактные поверхности 13
1.4 Прочие методы совмещения контактной пары медь-алюминий 22
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 24
2.1 Экспериментальный стенд для проведения исследований по нанесению
медных покрытий на алюминиевые поверхности плазмодинамическим методом 24
2.2 Принципиальная схема, устройство и работа коаксиального
магнитоплазменного ускорителя с медными электродами 26
2.3 Регистрация энергетических параметров плазменного выстрела 30
2.4 Определение дифференциальных и интегральных характеристик
электроэрозионного износа медного ствола ускорителя 30
2.5 Регистрация динамических характеристик сверхзвуковой импульсной
струи медной электроэрозионной плазмы 31
2.6 Аналитические методы исследований 33
2.7 Методика определения переходного сопротивления контактных пар 34
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 39
3.1 Инициирование дугового разряда в ускорительном канале коаксиального
магнитоплазменного ускорителя 40
3.2 Ускорение электроразрядной плазмы и исследование динамических
характеристик плазменной структуры 45
3.3 Электроэрозионная наработка медного материала с поверхности
ускорительного канала 58
3.4 Исследование влияния параметров плазмодинамической системы на
величину площади медного покрытия 66
3.5 Нанесение медного покрытия при двухимпульсном режиме работы
ускорителя 74
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИК МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТНОЙ ПАРЫ
МЕДЬ-АЛЮМИНИЙ 86
4.1 Исследования переходного сопротивления контактных пар 86
4.2 Микроструктура и фазовый состав медного покрытия на алюминиевой
подложке 95
4.3 Основные физико-механические свойства медного покрытия на
алюминиевой подложке 104
4.4 Прочность сцепления медного покрытия с алюминиевой подложкой ... 109
4.5 Топология контактной поверхности медного покрытия 112
4.6 Расчёт переходного сопротивления контактной пары медь-алюминий с
медным покрытием 118
ГЛАВА 5. НАНЕСЕНИЕ МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННИЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ 122
5.1 Реализация плазмодинамического метода нанесения медного покрытия на
внутреннюю поверхность конусных отверстий 123
5.2 Измерение и анализ переходного сопротивления контактной пары медь-
алюминий с медным покрытием конусной посадки 127
5.3 Микроструктура медного покрытия на внутренней поверхности конусного отверстия, его элементный и фазовый состав, и механические
свойства 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 157
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ РЕШЕНИЙ ПРОБЛЕМЫ
СОВМЕЩЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПАРЫ МЕДЬ-АЛЮМИНИЙ 9
1.1 Электропроводящие смазки 10
1.2 Биметаллические прокладки 12
1.3 Нанесение покрытий на алюминиевые контактные поверхности 13
1.4 Прочие методы совмещения контактной пары медь-алюминий 22
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 24
2.1 Экспериментальный стенд для проведения исследований по нанесению
медных покрытий на алюминиевые поверхности плазмодинамическим методом 24
2.2 Принципиальная схема, устройство и работа коаксиального
магнитоплазменного ускорителя с медными электродами 26
2.3 Регистрация энергетических параметров плазменного выстрела 30
2.4 Определение дифференциальных и интегральных характеристик
электроэрозионного износа медного ствола ускорителя 30
2.5 Регистрация динамических характеристик сверхзвуковой импульсной
струи медной электроэрозионной плазмы 31
2.6 Аналитические методы исследований 33
2.7 Методика определения переходного сопротивления контактных пар 34
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 39
3.1 Инициирование дугового разряда в ускорительном канале коаксиального
магнитоплазменного ускорителя 40
3.2 Ускорение электроразрядной плазмы и исследование динамических
характеристик плазменной структуры 45
3.3 Электроэрозионная наработка медного материала с поверхности
ускорительного канала 58
3.4 Исследование влияния параметров плазмодинамической системы на
величину площади медного покрытия 66
3.5 Нанесение медного покрытия при двухимпульсном режиме работы
ускорителя 74
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИК МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТНОЙ ПАРЫ
МЕДЬ-АЛЮМИНИЙ 86
4.1 Исследования переходного сопротивления контактных пар 86
4.2 Микроструктура и фазовый состав медного покрытия на алюминиевой
подложке 95
4.3 Основные физико-механические свойства медного покрытия на
алюминиевой подложке 104
4.4 Прочность сцепления медного покрытия с алюминиевой подложкой ... 109
4.5 Топология контактной поверхности медного покрытия 112
4.6 Расчёт переходного сопротивления контактной пары медь-алюминий с
медным покрытием 118
ГЛАВА 5. НАНЕСЕНИЕ МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННИЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ 122
5.1 Реализация плазмодинамического метода нанесения медного покрытия на
внутреннюю поверхность конусных отверстий 123
5.2 Измерение и анализ переходного сопротивления контактной пары медь-
алюминий с медным покрытием конусной посадки 127
5.3 Микроструктура медного покрытия на внутренней поверхности конусного отверстия, его элементный и фазовый состав, и механические
свойства 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 157
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе разработан и исследован инновационный плазмодинамический метод нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности с целью решения актуальной проблемы высоких переходных сопротивлений и электрохимической деградации в соединениях медь-алюминий, которые приводят к значительным потерям электроэнергии (до 10%) и повышают аварийность в электросетях. Актуальность исследования обусловлена повсеместным использованием алюминиевых проводников в сочетании с медными вводами электрооборудования и отсутствием высокоэффективных и технологичных методов их долговременного и надежного электрического совмещения. Основные научные результаты включают разработку оригинальной конструкции коаксиального магнитоплазменного ускорителя (КМПУ) с медным ускорительным каналом и способа инициирования дугового разряда, установление закономерностей влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на динамику сверхзвуковой струи медной плазмы и процессы электроэрозионной наработки материала, а также определение параметров, влияющих на площадь и качественные характеристики формируемого покрытия. Научная значимость работы заключается в развитии физических основ плазмодинамического осаждения покрытий, а практическая – в создании технологического прототипа для формирования надежного медного слоя на алюминии, что позволит существенно снизить переходное сопротивление и повысить долговечность контактных соединений. Проведенный анализ литературы, включающий работы Meng et al. по композитным покрытиям, Kang по плазменному напылению, а также исследования Lu и Maki et al., посвященные перспективам металлов и проводящим сплавам, подтверждает востребованность новых методов модификации поверхности проводников.
📖 Введение
Актуальность работы. Согласно статистическим данным потери электрической энергии на контактных соединениях в электрических сетях составляют до 10% от всей потребляемой электроэнергии. В условиях развивающейся электроэнергетики снижение доли этой составляющей потерь может дать ощутимый вклад в решение проблемы энергосбережения в целом. Основными материалами токоведущих элементов в электрических сетях и установках являются медь и алюминий. Как правило, из меди выполняются вводы электроустановок, электрических машин и аппаратов, которые соединяются с алюминиевыми проводами, шинопроводами и токопроводами электрических сетей с помощью болтовых контактных соединений. Известно, что контактная пара медь-алюминий (Cu-Al) характеризуется относительно высоким переходным сопротивлением, в основном, из-за образования на алюминиевой поверхности тонкой оксидной плёнки, обладающей высоким удельным сопротивлением. Кроме того, контактные соединения двух разнородных металлов Cu-Al представляют из себя электрохимическую пару. Электрохимические процессы, активизируемые протеканием токов силовой нагрузки, приводят к быстрой деградации контактного перехода и повышению его сопротивления вплоть до полного нарушения электрического контакта. Это, естественно, приводит к значительному повышению джоулевых потерь энергии и возможности возникновения аварийной ситуации. Поэтому проблема электрического совмещения контактной пары Cu-Al и снижение её переходного сопротивления до сих пор остаётся актуальной.
Существующие способы решения данной проблемы недостаточно эффективны и имеют ряд недостатков. При использовании биметаллических прокладок (Cu-Al) обеспечивается надёжное совмещение контактной пары,
но существенно увеличивается переходное сопротивление из-за появления дополнительного переходного контакта алюминий-алюминий (Al-Al). При длительной эксплуатации контактов с токопроводящими смазками на основе меди их качество сильно ухудшается из-за высыхания и затвердевания связующего. При ревизии соединений требуется очистка поверхностей и нанесение нового слоя смазки. Традиционные электролитические и
газодинамические покрытия характеризуются плохой адгезией и низкой устойчивостью к динамическим и термическим воздействиям, что
практически исключает их повторное использование.
В работе рассматривается новый плазмодинамический способ
нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности с помощью высоковольтного сильноточного коаксиального
магнитоплазменного ускорителя (КМПУ) эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом (УК). В отличие от существующих способов он реализуется при атмосферном давлении и комнатной температуре, обеспечивает нанесение устойчивого покрытия, отличается экологичностью, не требует предварительной подготовки обрабатываемой поверхности и дозированной подачи основного расходного материала.
Степень разработанности темы исследования. Различным аспектам проблемы совмещения контактных элементов из меди и алюминия с низкой величиной переходного сопротивления посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых: R. Gravina, N. Pebere, A. Laurino, C. Blanc, X.G. Wang, F.J. Yan, C.G. Wang, M. Winnicki, A. Malachowska, A. Baszczuk, M. Rutkowska-Gorczyca, A. Ambroziak, Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Плохов А. В. и др. Несмотря на это, поиск эффективного решения проблемы по-прежнему остаётся актуальным.
Цель диссертационной работы: разработка плазмодинамического метода нанесения медного покрытия на алюминиевые поверхности на основе коаксиального магнитоплазменного ускорителя с медными электродами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ современного состояния проблемы нанесения медных покрытий на металлические поверхности и совмещения контактной пары Cu-Al;
2. Разработка импульсного сильноточного высоковольтного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом;
3. Изучение основных закономерностей влияния конструктивных и энергетических параметров ускорителя на электроэрозионную наработку основного рабочего материала с поверхности ускорительного канала;
4. Исследование микроструктуры, фазового состава и физикомеханических характеристик медных покрытий на алюминиевых контактных поверхностях и их влияния на переходное сопротивление контактной пары Cu-Alcu;
5. Разработка и реализация системы на основе КМПУ для нанесения медных покрытий на внутренние конусные алюминиевые контактные поверхности.
Идея работы: использование сверхзвуковой импульсной струи электроэрозионной плазмы, создаваемой высоковольтным сильноточным коаксиальным магнитоплазменным ускорителем, для распыления меди и нанесения устойчивого медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.
Научная новизна и основные защищаемые положения:
1. Разработаны системы на основе высоковольтного сильноточного импульсного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом с электропитанием от емкостного накопителя энергии для сверхзвукового распыления и нанесения устойчивых медных покрытий на плоские и внутренние конические алюминиевые контактные поверхности.
2. Определены оптимальные условия, конструктивные и энергетические параметры ускорителя, обеспечивающие нанесение медного покрытия регулируемой толщины порядка 100 мкм, площадью до 200 см2 и высокой прочностью сцепления до 2500 МПа с алюминиевой подложкой.
3. Экспериментально установлено, что плазмодинамическое медное покрытие с естественной шероховатостью на алюминиевой поверхности обеспечивает надежное совмещение плоской или конической контактной пары медь-алюминий и снижение переходного сопротивления в 2,5:4 раза за счёт образования граничного слоя взаимного перемешивания материалов и высокотвёрдых интерметаллидных фаз.
Практическая значимость работы:
1. Определены оптимальные параметры и разработаны научно - технические основы системы, базирующейся на использовании высоковольтного сильноточного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами для создания промышленной технологии нанесения устойчивых медных покрытий на алюминиевые контактные поверхности различной конфигурации, обеспечивающие надёжное совмещение сильноточных контактных пар медь- алюминий и снижение переходного сопротивления контактных соединений при монтаже силовых электрических цепей.
2. Показаны возможности применения разработанной системы для нанесения медных покрытий на контактные поверхности стандартных алюминиевых шинопроводов, электроконтактных наконечников и конусных отверстий контактных терминалов вакуумных выключателей.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы реализованы в ходе выполнения ряда научно-исследовательских работ по темам: «У.М.Н.И.К.» «Разработка технологии нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности», Российского научного фонда «Разработка плазмодинамического метода на основе уникальной высокомощной системы распыления материалов для синтеза многофункциональных покрытий на основе титана» (№15-19-00049), Российского фонда фундаментальных исследований «Получение ультрадисперсного порошка оксида меди - компонента материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью» (№14-08-31122), Российского фонда фундаментальных исследований «Разработка метода получения объёмных оксидно-цинковых материалов с управляемыми электрическими характеристиками» (№ 18-32-00115).
Личный вклад автора: планирование, постановка и проведение исследований, обработка и интерпретация полученных данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на следующих конференциях и форумах: Международная научно-практическая конференция «International Conference on Industrial Engineering» (Санкт-Петербург, 2017 г.), 5th International Congress on Energy Fluxes and Radliation Effects (EFRE-2016, Томск, 2016), IFOST-2016: The 11th International Forum on Strategic Technology-2016 (Новосибирск, 2016), «4th International congress on radiation physics and chemistry of condensed matter, high current electronics and modification of materials with particle beams and plasma flows» (Томск, 2014), XX Юбилейная Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2014).
Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждается современными методами исследования, которые соответствуют поставленным в работе целям и задачам. Научные положения и выводы, сформулированные в диссертации, подкреплены фактическими данными, наглядно представленными в приведенных таблицах и рисунках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 5 статей в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science/Scopus, получен 1 патент РФ.
Структура и объём диссертации. Текст диссертационной работы изложен на 157 страницах, в том числе 57 рисунках, 10 таблицах. Список цитируемой литературы - 121 наименование. Основной текст разделен на введение, пять глав и заключение.
Существующие способы решения данной проблемы недостаточно эффективны и имеют ряд недостатков. При использовании биметаллических прокладок (Cu-Al) обеспечивается надёжное совмещение контактной пары,
но существенно увеличивается переходное сопротивление из-за появления дополнительного переходного контакта алюминий-алюминий (Al-Al). При длительной эксплуатации контактов с токопроводящими смазками на основе меди их качество сильно ухудшается из-за высыхания и затвердевания связующего. При ревизии соединений требуется очистка поверхностей и нанесение нового слоя смазки. Традиционные электролитические и
газодинамические покрытия характеризуются плохой адгезией и низкой устойчивостью к динамическим и термическим воздействиям, что
практически исключает их повторное использование.
В работе рассматривается новый плазмодинамический способ
нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности с помощью высоковольтного сильноточного коаксиального
магнитоплазменного ускорителя (КМПУ) эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом (УК). В отличие от существующих способов он реализуется при атмосферном давлении и комнатной температуре, обеспечивает нанесение устойчивого покрытия, отличается экологичностью, не требует предварительной подготовки обрабатываемой поверхности и дозированной подачи основного расходного материала.
Степень разработанности темы исследования. Различным аспектам проблемы совмещения контактных элементов из меди и алюминия с низкой величиной переходного сопротивления посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых: R. Gravina, N. Pebere, A. Laurino, C. Blanc, X.G. Wang, F.J. Yan, C.G. Wang, M. Winnicki, A. Malachowska, A. Baszczuk, M. Rutkowska-Gorczyca, A. Ambroziak, Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Плохов А. В. и др. Несмотря на это, поиск эффективного решения проблемы по-прежнему остаётся актуальным.
Цель диссертационной работы: разработка плазмодинамического метода нанесения медного покрытия на алюминиевые поверхности на основе коаксиального магнитоплазменного ускорителя с медными электродами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ современного состояния проблемы нанесения медных покрытий на металлические поверхности и совмещения контактной пары Cu-Al;
2. Разработка импульсного сильноточного высоковольтного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом;
3. Изучение основных закономерностей влияния конструктивных и энергетических параметров ускорителя на электроэрозионную наработку основного рабочего материала с поверхности ускорительного канала;
4. Исследование микроструктуры, фазового состава и физикомеханических характеристик медных покрытий на алюминиевых контактных поверхностях и их влияния на переходное сопротивление контактной пары Cu-Alcu;
5. Разработка и реализация системы на основе КМПУ для нанесения медных покрытий на внутренние конусные алюминиевые контактные поверхности.
Идея работы: использование сверхзвуковой импульсной струи электроэрозионной плазмы, создаваемой высоковольтным сильноточным коаксиальным магнитоплазменным ускорителем, для распыления меди и нанесения устойчивого медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.
Научная новизна и основные защищаемые положения:
1. Разработаны системы на основе высоковольтного сильноточного импульсного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами и ускорительным каналом с электропитанием от емкостного накопителя энергии для сверхзвукового распыления и нанесения устойчивых медных покрытий на плоские и внутренние конические алюминиевые контактные поверхности.
2. Определены оптимальные условия, конструктивные и энергетические параметры ускорителя, обеспечивающие нанесение медного покрытия регулируемой толщины порядка 100 мкм, площадью до 200 см2 и высокой прочностью сцепления до 2500 МПа с алюминиевой подложкой.
3. Экспериментально установлено, что плазмодинамическое медное покрытие с естественной шероховатостью на алюминиевой поверхности обеспечивает надежное совмещение плоской или конической контактной пары медь-алюминий и снижение переходного сопротивления в 2,5:4 раза за счёт образования граничного слоя взаимного перемешивания материалов и высокотвёрдых интерметаллидных фаз.
Практическая значимость работы:
1. Определены оптимальные параметры и разработаны научно - технические основы системы, базирующейся на использовании высоковольтного сильноточного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами для создания промышленной технологии нанесения устойчивых медных покрытий на алюминиевые контактные поверхности различной конфигурации, обеспечивающие надёжное совмещение сильноточных контактных пар медь- алюминий и снижение переходного сопротивления контактных соединений при монтаже силовых электрических цепей.
2. Показаны возможности применения разработанной системы для нанесения медных покрытий на контактные поверхности стандартных алюминиевых шинопроводов, электроконтактных наконечников и конусных отверстий контактных терминалов вакуумных выключателей.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы реализованы в ходе выполнения ряда научно-исследовательских работ по темам: «У.М.Н.И.К.» «Разработка технологии нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности», Российского научного фонда «Разработка плазмодинамического метода на основе уникальной высокомощной системы распыления материалов для синтеза многофункциональных покрытий на основе титана» (№15-19-00049), Российского фонда фундаментальных исследований «Получение ультрадисперсного порошка оксида меди - компонента материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью» (№14-08-31122), Российского фонда фундаментальных исследований «Разработка метода получения объёмных оксидно-цинковых материалов с управляемыми электрическими характеристиками» (№ 18-32-00115).
Личный вклад автора: планирование, постановка и проведение исследований, обработка и интерпретация полученных данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на следующих конференциях и форумах: Международная научно-практическая конференция «International Conference on Industrial Engineering» (Санкт-Петербург, 2017 г.), 5th International Congress on Energy Fluxes and Radliation Effects (EFRE-2016, Томск, 2016), IFOST-2016: The 11th International Forum on Strategic Technology-2016 (Новосибирск, 2016), «4th International congress on radiation physics and chemistry of condensed matter, high current electronics and modification of materials with particle beams and plasma flows» (Томск, 2014), XX Юбилейная Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2014).
Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждается современными методами исследования, которые соответствуют поставленным в работе целям и задачам. Научные положения и выводы, сформулированные в диссертации, подкреплены фактическими данными, наглядно представленными в приведенных таблицах и рисунках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 5 статей в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science/Scopus, получен 1 патент РФ.
Структура и объём диссертации. Текст диссертационной работы изложен на 157 страницах, в том числе 57 рисунках, 10 таблицах. Список цитируемой литературы - 121 наименование. Основной текст разделен на введение, пять глав и заключение.
✅ Заключение
В соответствии с целью работы проведены экспериментальные исследования и разработаны научно-технические основы метода нанесения медных покрытий на алюминиевые контактные поверхности различной конфигурации с помощью высоковольтного сильноточного коаксиального магнитоплазменного ускорителя эрозионного типа с медными электродами. Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Разработан коаксиальный магнитоплазменный ускоритель с оригинальной конструкцией ствола с медным ускорительным каналом и способ инициирования в нём дугового разряда с помощью углеродной разрушаемой перемычки. Определена оптимальная величина начального сопротивления перемычки 300:600 Ом, обеспечивающая минимальное время безтоковой паузы между подачей напряжения и началом дуговой стадии разряда.
2. Установлен характер влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на динамические характеристики сверхзвуковой струи медной электроэрозионной плазмы в свободном пространстве в одноимпульсном и двухимпульсном режимах работы плазмодинамической системы.
3. Определены характер и основные закономерности влияния параметров КМПУ на процесс электроэрозионной наработки материала с поверхности ускорительного канала медного ствола для нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.
4. Установлены закономерности влияния параметров
плазмодинамической системы на величину площади и качественные характеристики медного покрытия.
5. Экспериментально показано, что плазмодинамическое медное покрытие на алюминиевых контактных поверхностях обеспечивает снижение переходного контактного сопротивления плоских и конусных контактных пар до величин порядка 10-6 -10-7 Ом за счёт проявления специфических особенностей: образования граничного слоя взаимного перемешивания материалов покрытия (медь) и подложки (алюминий), обеспечивающего высокопрочное сцепление покрытия с подложкой; образования слоёв из высокотвёрдых синтезированных интерметаллидных фаз системы Cu-Al; естественной шероховатости поверхности медного покрытия.
6. Предложен и реализован двухимпульсный режим работы КМПУ по нанесению покрытий, обеспечивающий: снижение токов электропитания; снижение электродинамических и термических нагрузок на ускоритель; требуемую массу эродированного материала; нанесение качественного медного покрытия с исключением эрозии на поверхности мишени.
7. В экспериментальных условиях получены медные покрытия на контактных поверхностях стандартных алюминиевых шин и контактных наконечниках, прошедших промышленные испытания.
Автор выражает признательность и благодарность своему научному руководителю профессору ОЭЭ ИШЭ ТПУ, д.т.н. Александру Анатольевичу Сивкову, а также коллективу научной группы «Лаборатория магнитоплазменных технологий».
1. Разработан коаксиальный магнитоплазменный ускоритель с оригинальной конструкцией ствола с медным ускорительным каналом и способ инициирования в нём дугового разряда с помощью углеродной разрушаемой перемычки. Определена оптимальная величина начального сопротивления перемычки 300:600 Ом, обеспечивающая минимальное время безтоковой паузы между подачей напряжения и началом дуговой стадии разряда.
2. Установлен характер влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на динамические характеристики сверхзвуковой струи медной электроэрозионной плазмы в свободном пространстве в одноимпульсном и двухимпульсном режимах работы плазмодинамической системы.
3. Определены характер и основные закономерности влияния параметров КМПУ на процесс электроэрозионной наработки материала с поверхности ускорительного канала медного ствола для нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.
4. Установлены закономерности влияния параметров
плазмодинамической системы на величину площади и качественные характеристики медного покрытия.
5. Экспериментально показано, что плазмодинамическое медное покрытие на алюминиевых контактных поверхностях обеспечивает снижение переходного контактного сопротивления плоских и конусных контактных пар до величин порядка 10-6 -10-7 Ом за счёт проявления специфических особенностей: образования граничного слоя взаимного перемешивания материалов покрытия (медь) и подложки (алюминий), обеспечивающего высокопрочное сцепление покрытия с подложкой; образования слоёв из высокотвёрдых синтезированных интерметаллидных фаз системы Cu-Al; естественной шероховатости поверхности медного покрытия.
6. Предложен и реализован двухимпульсный режим работы КМПУ по нанесению покрытий, обеспечивающий: снижение токов электропитания; снижение электродинамических и термических нагрузок на ускоритель; требуемую массу эродированного материала; нанесение качественного медного покрытия с исключением эрозии на поверхности мишени.
7. В экспериментальных условиях получены медные покрытия на контактных поверхностях стандартных алюминиевых шин и контактных наконечниках, прошедших промышленные испытания.
Автор выражает признательность и благодарность своему научному руководителю профессору ОЭЭ ИШЭ ТПУ, д.т.н. Александру Анатольевичу Сивкову, а также коллективу научной группы «Лаборатория магнитоплазменных технологий».
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.