Регистрация / Вход
Прислать материал

Нанокомпозитные материалы на основе металлических псевдосплавов для контактов переключателей мощных электрических сетей.

Докладчик: Мукасьян Александр Сергеевич

Должность: Профессор, Университет Нотр-Дам, США, Директор НИЦ "Конструкционные Керамические Наноматериалы"

Цель проекта:
Разработка составов и технологии получения нанокомпозитных материалов на основе псевдосплавов несмешивающихся металлов (Cr-Cu, W-Cu, Mo-Cu) для применения в качестве контактов в переключателях мощных электрических сетей, работающих в условиях больших токов и высоких напряжений, с целью повышения их энергоэффективности, экономичности и надежности

Основные планируемые результаты проекта:
Для достижения цели проекта решаются следующие задачи.
1.Будет проведено исследование по определению оптимального состава и технологии получения
нанокомпозитныхпсевдосплавов в системах Cr-Cu, W-Cu, Mo-Cu. Параметрами оптимизации будут
твердость, электропроводность и размер кристаллитов (области когерентного рассеяния). Пути решения
этой задачи включают высокоэнергичный шаровой размол небольших партий порошковых смесей
различного состава в лабораторной мельнице-активаторе «Активатор-2S», при различных скоростях
вращения и различных соотношениях числа оборотов размольного барабана и водила (параметр К), в
зависимости от времени обработки и соотношения масс материала и размольных шаров. Из полученных
нанокомпозиционных порошков будут изготовлены компактные материалы двумя методами: искровым
плазменным спеканием под давлением, ИПС (SparkPlasmaSintering, SPS) и вакуумным спеканием.
Исследование свойств будет проводиться следующими путями: твердость и микротвердость – по Виккерсу
и Брюнелю; электропроводность – четырехточечным методом (в том числе при повышенной температуре);
размер кристаллитов – рентгеновскими рентгеноструктурными методами. На основании результатов
данной НИР будет определен диапазон составов, наиболее перспективных для дальнейшего исследования
и промышленного применения.
2.Будет изготовлена серия электрических контактов из нанокомпозитных материалов на основе
псевдосплавов оптимального состава, полученных по оптимизированной технологии, и проведено их
всестороннее лабораторное исследование. С этой целью будет сконструирована и изготовлена установка
по исследованию влияния электрического искрового и дугового разряда на поверхность контакта в
контролируемой газовой атмосфере. Будет исследована динамика возникновения и гашения разряда,
движения и локализации пятна разряда на поверхности электроконтакта, будет проведено
металлографическое и структурное исследование изменений материала контакта (приповерхностного слоя
и объема), вызванных электрическим разрядом. Для решения данной задачи будет использована
высокоскоростная видеосъемка процесса замыкания и размыкания мощной электрической цепи, методы
оптической электронной микроскопии (растровой и просвечивающей) для исследования структурных
измененийи другие современные методы иссделования структуры. Будет исследовано также изменение
электропроводности и твердости контактного материала в результате многократного воздействия
электрического разряда. По результатам данного этапа проекта будут выявлены контакты, наиболее
устойчивые к воздействию электрических разрядов (искрового и дугового).
3.Будет проведено испытание контактов, полученных по результатам решения первых двух задач проекта,
условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы переключателей мощных
электросетей. Для этого будет изготовлена партия электрических контактов в соответствие с размерами и
формой, заданной Индустриальным партнером Проекта. Данные контакты будут вмонтированы в
серийные вакуумные дугогасительные камеры и испытаны в условиях электрической сети. После
испытаний будет исследована макро- и микроструктура поверхности контактов, выявлены изменения
поверхности и соспоставлены с таковыми для современных контактов, используемых в настоящее время
(фирмы «Plansee» и«Полема»). На основании этого будет выработано технико-экономическое заключение
об использовании нового типа нанокомпозитных материалов для изготовления электрических контактов и
других изделий. Будет разработано техническое задание на проведение ОКР. Результаты будут переданы
Индустриальному партнеру в соответствие с Договором о дальнейшем использовании результатов
прикладных научных исследований.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
распределительные подстанции) и электрический транспорт (метро, троллейбусные и трамвайные
электрические сети, железнодорожные электрические сети). Новые типы электроконтактных материалов,
обладающие повышенными эксплуатационными свойствами, долговечностью и надежностью, будут
использованы в качестве важнейших составных частей вакуумных дугогасительных камер выключателей
электрических сетей, работающих в условиях высокой разности потенциалов и протекания больших токов.
Нанокомпозитные материалы на основе псевдосплавов послужат заменой микрокристаллических
композитов аналогичного состава, так как обеспечат более высокие эксплуатационные характеристики и
надежность переключающих устройств.
Ожидаемые результаты данного прикладного научного исследования могут найти применение также в
авиакосмической технике и других отраслях промышленности и экономики, где имеется потребность в
материалах, сочетающих высокую жаропрочность с высокой электро- и теплопроводностью. Например,
разрабатываемые псевдосплавы типа W-Cu, Mo-Cu могут быть использованы для изготовления
теплонапряженных деталей ракетных двигателей и других частей летательных аппаратов.
Возможные потребители ожидаемых результатов
Российская группа компаний «Таврида электрик» - лидер производства вакуумных выключателей в РФ,
Индустриальный партнер в данном прикладном научном исследовании (Представительства в г.Москва и
многих других городах РФ).
ОАО «НПП «Контакт»» (г. Саратов)
ОАО «Калугаэнерго-финанс» (г. Калуга)
ОАО «Композит» (г. Королев, Московская область)
ЗАО НПО «Металл» (г. Москва)
ОАО «Полема» (г. Тула)

Текущие результаты проекта:
В соответствии с календарным планом, на первом этапе проекта реализованы следующие результаты:
1.1 Выбор и обоснование направлений исследования, в том числе:
- аналитический обзор научных информационных источников, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках прикладного научного исследования.
- патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
- разработка вариантов возможных решений задачи, проведение их сравнительной оценки и обоснование выбора оптимального варианта решения задачи;
1.2. Экспериментальные и теоретические исследования, направленные на выбор оптимальных для дальнейших исследований составов экспериментальных образцов нанокомпозитных материалов на основе псевдосплавов несмешивающихся металлов Cr-Cu, W-Cu, Mo-Cu и оптимальных режимов их получения, с выбором не менее двух составов;
1.3. Получение экспериментальных образцов нанокомпозитных материалов на основе псевдосплавов несмешивающихся металлов в количестве не менее 15 шт.;
1.4. Реализация мероприятий по достижению показателей результативности предоставления субсидии
1.5 Материально–техническое обеспечение выполнения работ этапа;
1.6. Комплексные исследования микро- нано- и атомно-кристаллической структуры экспериментальных образцов нанокомпозитных материалов на основе псевдосплавов несмешивающихся металлов с использованием методов оптической, растровой электронной и просвечивающей электронной микроскопии, дифракционного рентгеноструктурного анализа