ТЕХНИЧКО РЕШЕЊЕСА ОДЛУКОМ ННВ, МИШЉЕЊИМА РЕЦЕНЗЕНАТА И ДОКАЗОМ О ПРИМЕНИ

Универзитет у БеоградуТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ У

БОРУ(+381(0) 30 424 - 555, faks: 030 421 – 078

PIB: 100629192, MB: 07130210

University of BelgradeTECHNICAL FACULTY IN

BOR(+381 (0)30 424 - 555, fax: 030 421 – 078

PIB: 100629192, MB: 07130210

ТЕХНИЧКО РЕШЕЊЕ(М82)

ПОБОЉШАЊЕ СВОЈСТАВА СИНТЕРОВАНИХ МАТЕРИЈАЛА НАБАКАРНОЈ ОСНОВИ ПРИМЕНОМ ОЈАЧАВАЈУЋЕГ ЖАРЕЊА

1. Наслов и евиденциони број пројекта:

Примена ојачавајућег механизма жарењем у освајању производње синтерованих бакар -сребро електричних контаката и ојачаних материјала на бази бакра, TР19018

2. Руководилац:

Проф. др Светлана Несторовић

3. Организација и координатор:

Технички факултет Бор

4. Корисник:

ТИР Бор,Синтер погон при фабрици Бакарне жице у Бору

5. Назив техничког и развојног решења:

ПОБОЉШАЊЕ СВОЈСТАВА СИНТЕРОВАНИХ МАТЕРИЈАЛА НА БАКАРНОЈОСНОВИ ПРИМЕНОМ ОЈАЧАВАЈУЋЕГ ЖАРЕЊА

6. Аутори:

Др Светлана Несторовић, ред.проф.Др Десимир Марковић, ред. проф.Мр Ивана Марковић, асистент

7. Област за коју се техничко решење односи:

Материјали и хемијске технологије

1. Увод

Једна од важних примена бакарних легура је за израду контактних материјала заелектромеханичке преноснике и електронске уређаје. Велика потреба за контактнимматеријалима је условила тежњу за добијањем квалитетнијих материјала са бољим механичкимкарактеристикама. С тим у вези се проучавају различити режими термомеханичке обраде сациљем добијања бакарних легура са бољим механичким особинама. Релативно нови начин заинтензивирање многих физичко-хемијских процеса, који одређују структуру и својства метала,је и ојачавање жарењем, које се јавља када се бакарне легуре након хладне пластичнедеформације жаре на температурама које су ниже од температуре рекристализације.

Претходним истраживањима на Техничком факултету у Бору, која су извршена наразличитим синтерованим бакарним легурама (пројекти Министарства науке ТР 6730 и ТР19018), између осталих и на легурама система Cu-Ag са (3,6,9ат% и 4,8,12ат% Ag). Наконсинтезе легура тј. након синтеровања на њима је спроведена термомеханичка обрада која јеобухватила хладно ваљање а затим жарење легура у циљу истраживања ојачавајућег ефекта.Код свих истраживаних легура потврђен је ефекат ојачавања жарењем, који се манифестоваознатним повећањем тврдоће и затезне чврстоће након жарења хладно ваљаних легура исподтемпературе рекристализације. На основу спроведених истраживања утврђено је да се ефекатојачавања жарењем јавио и код легура система Cu-Ag, као и да је вредност електричнепроводности легура овог система знатно изнад вредности електричне проводности легурадругих испитиваних система. У оквиру пројекта ТР 19018 извршена су обимна истраживања нашироком дијапазону синтерованих бакарних легура система Cu-Ag. Након спроведенихистраживања на синтерованим легурама Cu-Ag (3,6,9 ат.% и 4,8,12 ат.% Ag), утврђен јеоптималан састав легуре, погодан степен предзавршног ваљања, одабране су температурежарења тј. изабрана је оптималана термомеханичка обрада која је повећала интензитетмеханизма ојачавања жарењем. На рачун овог ојачавајућег механизма добијен је ојачансинтерован материјал на бакарној основи знатно побољшаних механичких особина у односу набакар и добрих електричних својстава, тако да се може користити за израду електричнихконтаката. Економска оправданост је што се сребро користи као легирајући елемент а не каоосновни материјал за израду електричних контаката што је до сада било уобичајено.Карактеристике синтероване и термомеханички обрађене бакарне легуре система Cu-Ag, бићеизложене у даљем тексту. Проучавање самог ојачавајућег механизма је у циљу примене тогојачаног материјала у практичне сврхе тј. за израду електричних контаката и других делова којираде на повишеним радним температурама.

2. Проблематика и стање у области бакарних легура и контактних материјала

Бакар има изванредну електропроводљивост али му је недостатак што има ниску затезнучврстоћу, тврдоћу, отпорност на хабање и ватросталност. Додатни недостатак је што чист бакаррекристалише на релативно ниским температурама тј. има малу отпорност према омекшавању иниске механичке особине нарочито на повишеним температурама, па ово представља проблемза инжењере и дизајнере електричних уређаја.

Тренд је у свету израда материјала на бакарној основи који има све добре физичкеособине бакра (изванредна електропроводљивост, топлотна проводљивост и корозионапостојаност), али и побољшане механичке особине (тврдоћа, чврстоћа), нарочито на повишенимрадним температурама. Механичке особине бакра се могу знатно побољшати легирањем,растворним/преципитационим ојачавањем, дисперзним ојачавањем и неким видовиматермомеханичке обраде. Легирајићи елементи побољшавају механичке особине али драстично

смањују електропроводљивост бакра изузев сребра чији је утицај на електропроводљивост бакранајмањи. Међутим, традиционални поступци ојачавања, често, нису довољно ефикасни па се уновије време истражују нови начини интензивирања многих физичко - хемијских процеса, којиодређују структуру и својства метала. Један од механизама који знатно утиче на побољшањемеханичких особина бакарних легура је ојачавање жарењем, које се манифестује када се легурау хладно ваљаном стању жари на температурама испод температуре рекристализације. Збогтога су за истраживање у области пројекта ТР 19018 (који је наставак пројекта ТР 6730)изабране легуре система Cu – Ag (3,6,9 ат.% и 4,8,12 ат.% Ag) код које се јавља ојачавајућиефекат.

Од времена када је освојена индустријска производња полупроводничких елемената,специјалисти су предвиђали смањење производње електромеханичких комутационих уређајашто се реално није десило. То су сви апарати и прибори, који остварују раздвајање струјнемреже помоћу раздвојивих механичких контаката са било којим погоном (механичким,хидрауличним, пнеуматским или електромагнетним) а самим тим и контаката. Неоспорно је дасу транзистори, тиристори, опто-електронски елементи везе преузели функције, које су ранијевршили електромеханички апарати. Међутим, пренос тежишта на страну електронике осетио сесамо у квалитативном смислу, јер је производња електромеханичких прибора и контакатапорасла за 11%. Конструктивни захтеви, захтеви поузданости и трајности и економскипоказатељи представљају разлоге израде великог броја легура на бази бакра за контактнутехнику. Електрични контакти су углавном израђивани на бази племенитх метала сребра излата, мада се доста израђују на бази бакарних легура. Електрични контакти на бази бакарнихлегура који су највише у употреби су: бакар-берилијум (1,7-1,9% Be), ове легуре имају великузатезну чврстоћу и тврдоћу у зависности од количине берилијума и термомеханичке обраде којаје на легури обављена, бакар-хром (максимално 1% Cr) и бакар-кадмијум (максимално 1% Cdкористи се за тролне жице) имају добре механичке особине али знатно нижуелектропроводљивост од бакра. Треба нагласити да су најпознатији синтеровани електричниконтакти на бази сребра, Ag-CdО (3-15%), затим Ag-Ni (10-40%) и композити сребро-графит ибакар-графит.

3. Суштина, опис и карактеристике техничког решења

Претходним истраживањима, која су изведена на Техничком факултету у Бору у оквирупројекта ТР 6730, на синтерованим бакарним легурама потврђена је појава ефекта ојачавањажарењем код легура система: Cu - Zn, Cu - Al, Cu - Ni, Cu – Sn - Ni, Cu - Ag, Cu - Au, Cu – Zn –Al, која се манифестовала знатним порастом механичких особина након спроведенетермомеханичке обраде на њима. Овај оригиналан ојачавајући ефекат се јавља када се легуражари након хладног ваљања у температурном интервалу, који је испод температуререкристализације. На основу прегледа наших истраживања (радови објављени на SCI-листи)утврђено је да се ефекат ојачавања жарењем јавио и код легура система Cu - Ag као и да јевредност електричне проводности легура овог система знатно изнад вредности електричнепроводности легура других наведених система. Зато је овај систем подробније испитан у оквирупројекта ТР 19018, извршена је синтеза легура система Cu – Ag са (3,6 и 9 ат.%Ag) и са (4, 8 и12 ат.%Ag) након чега је на њима спроведена термомеханичка обрада која је обухватила хладноваљање степенима деформације (20, 40 и 60%) и (30, 50 и 70%). Након ваљања је извршеножарење у температурном интервалу од 160-600оC ради истраживања ојачавајућег ефекта.

Слика 1. Добијање синтерованих узорака и њихова термомеханичка обрада

Добијање синтерованих узорака

Хомогенизација прахова Пресовање прахова Синтеровање отпресака

ТМО синтерованих узорака

Ваљање Жарење

Мерење тврдоће Мерење електричнепроводности

Металографскаиспитивања

Мерење микротврдоће

Легуре система Cu – Аg имају изванредну комбинацију добрих механичких особина ивисоке електричне проводности, што их чини привлачним за примену код проводника високеструје. Легуре система Cu – Аg су погодне јер се механичке особине могу мењатиконвенционалним термомеханичким процесима, чиме се може постићи да вредности напона наистезање буду веће од 1000 МPа. Основна примена легура овог састема је за израду тролнихжица, као и за израду контактних материјала и клизних контаката.

Процес добијања синтерованих узорака састојао се из следећих операција:хомогенизације смеше прахова бакра и сребра, која је извршена у троосном миксеру у трајањуод 2h, затим пресовања прахова, које је извршено на хидрауличној једностраној преси припритиску пресовања од 350 МPа, и на крају синтеровања отпресака, које је извршено у цевнојпећи са заштитном атмосфером чистог водоника. Изабране су температуре синтеровања: заотпреске од чистог бакра је 8500C, а за отпреске од легуре је 7900C. Након добијањасинтерованих узорака бакра и легуре Cu-Ag извршена је термомеханичка обрада а која јеобухватала ваљање синтерованих узорака са степенима редукције 20, 40 и 60%. Жарењесинтерованих хладно деформисаних узорака је обављено са циљем праћења појаве ефектаојачавања жарењем у интервалу 160 – 6000C за време од по 30 минута са повишењемтемпературе за по 200C. Након сваке фазе експеримента мерене су вредности тврдоће,микротврдоће, електропроводљивости, корозионе постојаности а микроструктура је одређенакоришћењем оптичке микроскопије при различитим увећањима.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650Temperatura žarenja, 0C

Tvrd

oća,

HV

CuAg4at% ε=20% - SCuAg4at% ε=40% - SCuAg4at% ε=60% - SCu ε=20% - SCu ε=40% - SCu ε=60% - S

30

35

40

45

50

55

60

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650Temperatura žarenja, 0C

Ele

ktrič

na p

rovo

dnos

t, M

S/m

CuAg4at% ε=20% - SCuAg4at% ε=40% - SCuAg4at% ε=60% - SCu ε=20% - SCu ε=40% - SCu ε=60% - S

Слика 2. Промена вредности тврдоћеузорака бакра и легуре након изохроног

жарења

Слика 3. Промена вредностиелектропроводљивости након изохроног

жарења

На слици 2 приказане су вредности промене тврдоће са температуром жарења за бакар илегуру Cu-4ат.%Аg. Види се да тврдоћа чистог бакра опада већ на температурама изнад 200°C засве хладно ваљане узорке (20, 40, 60%) што значи да долази до рекристализације, док кодузорака легура у температурном интервалу жарења 160 - 350°C запажа се знатан пораст тврдоћеу односу на вредности тврдоће нежарених, хладно деформисаних, синтерованих узорака. Порасттврдоће у том интервалу се јавља као последица ефекта ојачавања жарењем, а као последицаузајамне интеракције различитих атомских врста, као и интеракција растворених атома сребраса дефектима решетке унетих претходном хладном деформацијом. Наиме, примарно одговорназа феномен ојачавања жарењем је сегрегација растворених атома сребра на дислокацијама,аналогно формирању Котрелових атмосфера у интерстицијски чврстим растворима. Тако да текна температурама жарења изнад 350 - 400°C (зависно од степена деформације) долази доинтензивнијег пада тврдоће, као последице почетка процеса рекристализације. Почетакрекристализације узорака синтероване легуре Cu-4ат.%Аg условљен је доминантним дејством

механизма ојачавања жарењем, који је изазван легирањем и деформацијом, што условљавасегрегацију растворених атома сребра на дислокацијама унетих хладном пластичномдеформацијом, а вероватно и на границама зрна и субзрна што отежава њихово кретање, па се итемпература рекристализације повећава. Пошто растворени атоми у току жарења деформисанихузорака блокирају дислокације, то отежава њихово покретање, па се и температурарекристализације повећава. Што значи да докле год траје ефекат ојачавања жарењем легуре Cu-4ат.%Аg рекристализација се не дешава.

Са слике 3 је уочљиво да у температурном интервалу појаве ојачавајућег ефекта 160 –4000C долази и до благог пораста електропроводљивости синтерованих узорака легуре Cu-4ат.%Аg, а може се објаснити сегрегацијом растворених атома сребра на дислокацијама, штодоводи до сиромашења чврстог раствора на легирајућем елементу и порастаелектропроводљивости узорака. Даљи пораст електропроводљивости легуре Cu-4ат.%Аg прижарењу се манифестује као последица опоравка (услед поништавања празнина) и почеткарекристализације (услед смањења густине дислокација).

Табела 1. Остварене вредности тврдоће након ојачавања жарењем

Степендеформације, %

Почетневредности

тврдоће, HV

Максималне вредноститврдоће након

жарења на 260 0C, HV

Пораст тврдоће изазванојачавањем

жарењем, HV20 94 118 2440 127 155 2860 156 187 31

Резултати дати у табели 1 су у складу са литературним подацима да са порастом степенапретходне деформације (због пораста густине дислокација) расте и интензитет ефекта ојачавањажарењем тако да је за највећи степен претходне деформације од 60 % највећи пораст тврдоћекоји износи 31 HV.

Слика 4. Mикроструктурaсинтероване легуре Cu-4ат.%Аg

Слика 5. Mикроструктурaсинтероване легуре Cu-

4ат.%Аg ε=60%

Слика 6. Mикроструктурaсинтероване легуре Cu-4ат.%Аg(ε=60%) након жарења 150 мин

на 2600

Металографска анализа синтероване легуре Cu-4ат.%Аg дата је на сл. 4, и може севидети релативно хомогена структура са присутним порама које су мање или више изражене.Карактеристично за синтеровано стање је управо образовање сферичних пора, које су заробљенеграницама зрна. На сл. 5 је приказана микроструктура хладноваљане (ε=60%) синтерованелегуре. Током пластичне деформације дошло је издуживање зрна у правцу деловања

деформације тј. у правцу ваљања а и порозност је значајно смањена као последица заптивањапора са порастом степена деформације. На сл. 6 је приказана микроструктура хладноваљане азатим жарене легуре Cu-4ат.%Аg одакле се види да још није дошло до рекристализације.

Упоредна анализа електрохемијског понашања синтероване легуре Cu-4ат.%Аg приразличитим стадијумима термомеханичке обраде је показана на слици 7. Волтамограми показујуда после хладног ваљања и жарења легура постаје корозионо стабилнија у односу насинтеровано стање.

Слика 7. Циклични волтамограм синтероване легуре Cu-4ат.%Аg (PM2), хладно ваљане ε=60%(PM3) и ојачане жарењем на 260oC 150 мин (PM4) у 0,1 М NaOH при dE/dt=20 mVs -1

У оквиру пројекта ТР19018 је израђен синтерован материјал на бакарној основи системаCu-Аg, који је знатно ојачан након термомеханичке обраде. Ојачавање је најизраженије нарачун ефекта ојачавања жарењем, који је оригиналан доминантан механизам и истраживања супоказала да може бити применљив у пракси за израду електричних контаката. Код бакарнихлегура овај механизам се може сматрати оригналним механизмом ојачавања у односу на другепознате механизме ојачавања.

Осамдесетих година Ј. Витек, H. Варлимонт, М. Бадер и Г. Елдис су испитивали ефекатојачавања жарењем серије чврстих раствора ливених бакарних легура са легирајућимелементима: Al, Au, Ga, Ni, Pd, Rh i Zn са константним садржајем легирајуће компоненте.Њихова истраживања су послужила као база за наша истраживања, међутим, може се приметитида су као легирајући елемент користили злато али сребро нису. На основу доступне литературеи претраживањем сајтова науке из ове области није пронађено да је ефекат ојачавања жарењемпроучаван на синтерованим легурама система Cu – Ag, ни код нас а ни у свету изузeв нашихистраживања која су објављена у часописима са SCI-листе: у Јапану, Русији, Индији, Енглеској,Америци и на многим иностраним конференцијама. У свету су вршена нека истраживања наливеним легурама система Cu – Ag, међутим, то нису у правом смислу истраживања механизмаојачавања. Што се тиче самог механизма ојачавања жарењем он уопште није проучаван налегурама система Cu-Ag, нити на ливеним нити на синтерованим изузев наших истраживањакоја су показала да овај механизам може имати и те како практичну примену за израдуелектричних контаката.

На основу расположивих података може се закључити да је предложенo техничкорешење оригиналано како у погледу истраживања самог ефекта ојачавања жарењем тако и упогледу практичне примене Cu-Ag легуре на којој се дати ефекат истражује.

Наши резултати добијени након обимног експерименталног рада на широком дијапазонубакарних легура, су показали да легуре система бакар-сребро задовољавају основне услове усмислу електричне проводности и механичких особина за израду делова електричних контаката.Наша истраживања ће омогућити израду електричних контаката на бази бакарних легура, јер јеоснова бакарна, а сребро се користи као легирајући елемент за разлику од досадашњихконтаката који су израђени на сребрној основи. Еконамски је веома оправдан значај овихистраживања јер је могуће скупе електричне контакте заменити јефтинијим електричнимконтактима, који су израђени од бакарних легура на основу побољшања својстава бакарнихлегура оригиналним механизмом ојачавања који се код њих јавља. За истраживање супредложене легуре система Cu - Ag, које на основу наших истраживања имају сасвимзадовољавајућу електричну проводност упоређујући их са контактима на бази сребра.Синтерован материјал је израђен и у лабораторијским условима на Техничком факултету и уиндустријским условима у оквиру синтер погона у Фабрици бакарне жице. Ваљање узорака јевршено на машинама за ваљање профилисане жице.

За бакарне производе побољшаних својстава постоји широко тржиште у нашој земљи,тако да би се њиховом производњом код нас супституисао увоз скупих производа изиностранства. Производи који би могли бити одмах израђени са нашим расположивимсировинама и постојећом опремом су еластични контакти разних димензија и облика. Основнасировина је електролитички бакарни прах производ Фабрике бакарног праха у Бору. Комплетанпроизвод се може добити у Бору из сопствених сировина, чиме се повећава степенфинализације, упошљава нова радна снага и повећава финансијски ефекат.

4. Закључак

Синтерован материјал је добијен у лабораторијским условима на Техничком факултету уБору а такође је произведен и у Синтер погону фабрике Бакарне жице у Бору. Карактеризацијатермомеханички обрађеног синтерованог материјала код кога се јавља ефекат ојачавањажарењем и на рачун кога долази до побољшања механичких особина је потврдила, да долази допобољшања тврдоће, затезне чврстоће, електропроводљивости и корозионе постојаности. Свинаведени параметри су битни јер спечавају брзо прегоревање електричних контаката при радуна повишеним температураам тако да овај материјал може бити искоришћен за израдуелектричник контаката који ће се добити коришћењем сопствених сировина, тј. коришћењемелектролитичког бакарног праха и сребра у праху. Од свих добијених испитиваних легура набакарној основи по својим својствима издвојила се легура система бакар-сребро која иманајбољу електопроводљивост и добру корозиону постојаност и механичке особине, које се утоку рада на повишеној температури на рачун ојачавајућег механизма жарењем и побољшавају.Приказани резултати ових истраживања у пројекту ТР 19018 су оригиналног карактера сааспекта оргиналног механизма ојачавања жарењем који се код ових легура јавља а истовременомогу имати веома широку практичну примену за израду електричних контаката и другихпроизвода код којих се тражи добра електропроводљивост, добра корозиона постојаност и добремеханичке особине тј. отпорност према омекшавању на повишеним радним температурама.Нигде у свету није произведен материјал на бакарној основи за израду електричних конатакатана овај начин тј. технологијом металургије праха укључујући термомеханичку обраду у циљупоспешивања ојачајућег механизма жарења, који се код ових бакарних легура јавља.

5. Подршка техничком решењу

1. Nestorovic S, Markovic D, Influence of alloying on the anneal hardening effect in sinteredcopper alloys, Materials Transactions JIM, 40 (3) (1999) 222-224.

2. S. Nestorovic, D. Markovic, Lj Ivanic, Influence of degree of deformation in rolling onanneal hardening effect of a cast copper alloy, Bulletin of Materials Science, 26 (6) (2003)601-604.

3. S. Nestorovic, Influence of alloying and secondary annealing on anneal hardening effect atsintered copper alloys, Bulletin of Materials Science, 28 (5) (2005) 401-403.

4. Ivana I Rangelov, Svetlana D Nestorović, Desimir D Marković, Korelacija izmeđumehaničkih osobina i strukturnih promena sinterovane legure Cu−4 at% Ag tokomtermomehaničke obrade, Hemijska industrija, 62 (2008) 2, s 78-84.

5. Svetlana Nestorović, Desimir Marković, Ivana Marković, Influence of Thermal CyclingTreatment on the Anneal Hardening Effect of Cu-10Zn Alloy, Journal of Alloys andCoumpound, 489 (2010) 582–585.

6. S. Nestorović, I. Rangelov, D. Marković, Improvements in Properties of Sintered and CastCu-Ag Alloys by Anneal Hardening Effect, Powder metallurgy, DOI:10.1179/174329009X409598.

7. Svetlana Nestorović, Ivana Marković, Desimir Marković, Influence of ThermomechanicalTreatment on the Hardening Mechanisms and Structural Changes of a Cast Cu-6.6wt. %AgAlloy, Materials and Design, 31 (2010) 1644–1649.

8. Rajcic-Vujasinović Mirjana, Nestorović Svetlana, Grekulović Vesna, Marković Ivana,Stević Zoran, Electrochemical Behavior of Cast CuAg4at.% Alloy, Corrosion, 66 (2010)10, 105004-1-105004-5.

9. Mirjana Rajčić-Vujasinović, Svetlana Nestorović, Vesna Grekulović, Ivana Marković,Zoran Stević, Electrochemical Behavior of Sintered CuAg4at.% Alloy, Metallurgical andMaterials Transactions B, 41 (2010) 955-961.

Одлуком Наставно-научног већа Техничког факултета у Бору бр. VI/4-7/2.1 од 17.06.2010. године, именована сам за рецензента техничког решења „Побољшање својставасинтерованих материјала на бакарној основи применом ојачавајућег жарења“ аутора: дрСветлане Несторовић, др Десимира Марковић и мр Иване Марковић. На основупредлога овог техничког решења подносим следећи

И З В Е Ш Т А Ј

Техничко решење „ПОБОЉШАЊЕ СВОЈСТАВА СИНТЕРОВАНИХ МАТЕРИЈАЛАНА БАКАРНОЈ ОСНОВИ ПРИМЕНОМ ОЈАЧАВАЈУЋЕГ ЖАРЕЊА“ аутора: дрСветлане Несторовић, др Десимира Марковић и мр Иване Марковић реализовано 2010.године, приказано је на 8 страница куцаног текста формата А4, садржи 1 табелу и 7слика. Састављено је од следећих поглавља:

1. Увод2. Проблематика и стање у области бакарних легура и контактних материјала3. Суштина, опис и карактеристике техничког решења4. Закључак5. Подршка техничком решењу

Техничко решење припада области Материјали и хемијске технологије а реализовано јеу оквиру рада на пројекту ТР 19018 „Примена ојачавајућег механизма жарењем уосвајању производње синтерованих бакар - сребро електричних контаката и ојачанихматеријала на бази бакра“ Министарства науке и технолошког развоја подруководством проф. др Светлане Несторовић.

Поглавље Проблематика и стање у области бакарних легура и контактних материјаласадржи кратак опис карактеристика бакарних легура, њихове предности и недостатке,као и опис поступака за побољшање њихових особина. Аутори указују на новетрендове развоја бакарних материјала у смислу интензивирања многих физичко -хемијских процеса, који одређују структуру и својства метала са посебним освртом намеханизам ојачавања жарењем. Дат је податак о порасту потрошње контактнихматеријала и материјали који се најчешће користе за израду електричних контаката.

Поглавље Суштина, опис и карактеристике техничког решења садржи кратак и сажетопис предложеног техничког решења, у коме аутори наводе поступак добијања новогматеријала на бакарној основи система Cu-Ag (3, 6, 9ат%Ag и 4, 8, 12ат%Ag) као ињегове основне физичке и механичке карактеристике. Аутори су изабрали поступакметалургије праха за добијања полазног материјала који додатно термомеханичкиобрађен ради поспешивања механизма ојачавања жарењем. За све различите саставедобијених легура, полазне сировине су електролитички бакарни прах и хемијскидобијен прах сребра. Прахови су хомогенизовани, затим је уследило хладно пресовањесмеше прахова, синтеровање отпресака и термомеханичка обрада која је обухватахладну пластичну деформацију различитим степенима редукције и жарење наразличитим температурама жарења. Резутати су поткрепљени кроз дијаграме дате утексту кроз мерење вредности тврдоће, микротврдоће, електричне проводности,корозионе постојаности и анализом микроструктуре.

Карактеризација добијеног материјала након термомеханичке обраде за све саставелегура (претходни степени деформације су 20, 30, 40, 50, 60 и 70%), је показала да супостигнуте оптималне вредности тврдоће од 120 до 190 HV (зависно од степенадеформације), електричне проводности од 42-47 МS/m и корозионе постојаности уалкалној средини. Ова својства су остварена услед ојачавања жарењем тако да овајматеријал је сасвим одговарајући за израду контаката у поређењу са истим особинамаконтактних материјала који се најчешће користе: Pt-Ir, Ag-Pd, Ag-Cd, Cu-Cd, Ag-CdO,Ag-W, Ag-ZnO.

Предложено техничко решење „Побољшање својстава синтерованих материјала набакарној основи применом ојачавајућег жарења“ омогућава добијање синтерованогматеријала на бакарној основи Cu-4Ag који је знатно ојачан након термомеханичкеобраде. Ојачавање је најизраженије на рачун ефекта ојачавања жарењем, који јеоригиналан доминантан механизам и истраживања су показала да може битиприменљив у пракси за израду електричних контаката услед пораста вредностимеханичких особина у односу на чист бакар, вредности електричне проводностисистема Cu-Ag су велике, чиме би се скупи контакти на сребрној основи заменилијефтинијим контактим материјалом где се сребро користи као легирајући елемент.

М И Ш Љ Е Њ Е

Аутори техничког решења др Светлана Несторовић, др Десимир Марковић и мр ИванаМарковић су јасно приказали и обрадили комплетну структуру техничког решења. Наоснову свега наведеног оцењујем да техничко решење под називом: „Побољшањесвојстава синтерованих материјала на бакарној основи применом ојачавајућег жарења“представља резултат који поред стручне компоненте пружа оригиналнинаучноистраживачки допринос. Са задовољством предлажем да се описано техничкорешење прихвати као техничко решење у категорији М82-нови материјал.

У Бору, 07. 07. 2010. године

Рецензент

________________________

Проф. др Драгана Живковић Универзитет у Београду

Технички факултет у Бору

NASTAVNO-NAUČNOM VEĆUTEHNIČKOG FAKULTETA U BORU

PREDMET:

Recenzija tehničkog rešenja „POBOLJŠANJE SVOJSTAVA SINTEROVANIHMATERIJALA NA BAKARNOJ OSNOVI PRIMENOM OJAČAVAJUĆEG ŽARENJA“

Autora:Dr Svetlana Nestorović, red.prof.Dr Desimir Marković, red. prof.Mr Ivana Marković, asistent

MIŠLJENJE RECENZENTA

Odlukom br. VI/4-7/2.1 od 17.06. 2010. Nastavno-naučnog veća Tehničkog fakultetau Boru određena sam za recenzenta tehničkog rešenja „Poboljšanje svojstava sinterovanihmaterijala na bakarnoj osnovi primenom ojačavajućeg žarenja“ u oblasti materijali i hemijsketehnologije.

Navedeno tehničko rešenje je proisteklo kao rezultat projekta Ministarstva nauke itehnološkog razvoja evidencionog broja 19018 pod nazivom „Primena ojačavajućegmehanizma žarenjem u osvajanju proizvodnje sinterovanih bakar - srebro električnihkontakata i ojačanih materijala na bazi bakra“ koji je realizovan na Tehničkom fakultetu uBoru pod rukovodstvom prof. dr Svetlane Nestorović u periodu 2008-2010 godina.

Tehničko rešenje dato je na 8 strana kucanog teksta sa 7 slika i 1 tabelom i odnosi sena osvajanje proizvodnje novog sinterovanog materijala na bakarnoj osnovi.

Bakar i bakarne legure se široko koriste zbog visoke električne provodnosti, visoketoplotne provodnosti, otpornost na koroziju i odličane plastičnosti. Nedostatak čistog bakra jeniska tvrdoća i zatezna čvrstoća i a porast koji se ostvaruje kao posledica deformacionogojačavanja, tokom hladne deformacije opada vrlo brzo nakon žarenja. Dakle, neophodno jeusvojiti proizvodnju bakarnih legura, koje ne samo da imaju visoke mehaničke osobine već teosobine zadražavaju i na višim radnim temperaturama a istovremeno imaju i visoku električnuprovodnost. Međutim, za bakarne legure to je teško postići, jer visoke mehaničke osobine ivisoka električna provodnost su protivrečne, zato što se legiranjem bakra povećavajumehaničke osobine ali opada elektroprovodljivost.

Ovo tehničko rešenje omogućava dobijanje sinterovanih legura sistema Cu-Ag kojeimaju visoku električnu provodljivost i visoke mehaničke osobine, koje se postižu nakontermomehaničke obrade koja intenzivira ojačavajući mehanizam žarenja i na račun kogadolazi do poboljšanja ovih osobina. Ovaj efekat se javlja kada se presićen čvrsti rastvor,nakon hladne plastične deformacije žari na niskim temperaturama čime se postiže segregacijaatoma Ag na dislokacijama unetih hladnom plastičnom deformacijom. Dosadašnja straživanjaefekta ojačavanja žarenjem bila su na binarnim legurama bakra sa: Al, Au, Ga, Ni, Pd, Rh iZn, dok su istraživanja efekta ojačavanja žarenjem na Cu-Ag legurama sprovedena samo odstrane autora tehničkog rešenja.

Postupak dobijanja sinterovanog kontaktnog materijala sastojao se iz sledećihoperacija: homogenizacije smeše prahova, presovanja smeše prahova, sinterovanja otpresaka itermomehaničke obrade koja obuhvata valjanje nakon čega sledi žarenje radi istraživanjaojačavajućeg efekta. Nakon svake faze eksperimenta merene su vrednosti tvrdoće,

mikrotvrdoće, električne provodnosti, korozione postojanosti a mikrostruktura je određenakorišćenjem optičke mikroskopije.

Rezultati merenja tvrdoće i mikrotvrdoće su potvrdili porast tvrdoće za 25-30 HVnakon žarenja u temperaturnom intervalu od 160 - 350°C u odnosu na hladnodeformisanostanje. Za razliku od bakra kod koga tvrdoća opada već iznad 200°C, kod legure porasttvrdoće u tom intervalu se javlja na račun efekta ojačavanja žarenjem i taj efekat uslovljavapovećanje mehaničkih osobina. Tako da primena legure može biti za izradu električnihkontakata jer na povišenim temperaturama ne dolazi do omekšavanja legure već dopoboljšanja mehaničkih osobina na račun tog ojačavajućeg mehanizma.

Rezultati merenja električne provodnosti pokazuju relativno visoke vrednosti (oko 45MSm-1) koja nastavlja da raste u toku žarenja, najpre kao posledica efekta ojačavanjažarenjem a dalje kao posledica oporavka i rekristalizacije.

Mikrostruktura je određena korišćenjem optičke mikroskopije. Zapaža se sitnozrnahomogena struktura, a poroznost koja je tipična za sinterovano stanje je eliminisana hladnimvaljanjem.

Koroziona postojanost je određena cikličnom voltamografijom, gde je pokazano damaterijal u stanju pojave ojačavajućeg efekta ima veću korozionu stabilnost u 0,1 М NaOH uodnosu na polazno sinterovano stanje.

ZAKLJUČAK

Predložena sinterovana bakarna dvokomponentna legura Cu-4Ag definisanih fizičkih imehaničkih karakteristika i precizno formulisanog postupka dobijanja je od značaja uproširenju asortimana kontaktnih materijala. Materijali koji se koriste za električne kontaktemoraju imati dobru kombinaciju električne provodnosti, otpornosti na habanje i zavarivanje,inače kontakti će erodirati, uzrokujući loše spajanje i varničenje.

Dokumentacija tehničkog rešenja „Poboljšanje svojstava sinterovanih materijala nabakarnoj osnovi primenom ojačavajućeg žarenja“ pripremljena je u skladu sa „Pravilnikom opostupku i načinu vrednovanja i kvantitativnom iskazivanju naučnoistraživačkih rezultataistraživača“. Dokumentacija pruža sve neophodne informacije o oblasti na koju je tehničkorešenje odnosi, problem koji se njime rešava, stanje rešenosti tog problema u svetu, detaljanopis i karakteristike orginalnog proizvoda. Stoga, na osnovu napred izloženog, preporučujemda se navedeno tehničko rešenje „Poboljšanje svojstava sinterovanih materijala na bakarnojosnovi primenom ojačavajućeg žarenja“ prihvati i svrsta u kategoriju M82, novi kontaktnimaterijal.

U Boru, 08.07. 2010. godine

Recenzent

________________________

dr Ana Kostov, naučni savetnikInstitut za rudarstvo i metalurgiju Bor