Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

Н. А. Кидалов, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства», докт. техн. наук, профессор
Н. Ю. Мирошкин, заведующий лабораторией кафедры «Машины и технология литейного производства», канд. техн. наук, эл. почта: nikolays34rus@gmail.com
А. А. Белов, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства», канд. техн. наук
С. Р. Поляк, аспирант кафедры «Машины и технология литейного производства»

Работа посвящена решению проблемы получения металлонаполненных композиционных материалов на основе графита с заданными физико-механическими свойствами без применения дорогостоящего оборудования и значительных энергозатрат, оказывающих непосредственное влияние на стоимость конечной продукции, используемой в разных отраслях промышленности (скользящие токосъемные контакты электродвигателей и электротранспорта). Применение электрохимического метода формирования внутреннего медного каркаса в открытых порах графитовой основы взамен традиционных способов, основанных на пропитке заготовок в условиях высокого избыточного давления и температуры, соответствующей температуре плавления армирующего металла, позволит получать конку рентоспособный композиционный материал с высокими эксплуатационными свойствами и более низкой себестоимостью. Для этого необходимо заполнить открытые поры графитовой матрицы раствором электролита меднения. Показано, что при дегазации пористых заготовок в водном растворе сернокислого электролита в течение 10 мин с последующей выдержкой под вакуумом в течение 180 мин заполнение открытых пор матрицы достигает 25 %, а при ультразвуковой обработке оно достигает 91 % в течение первых 60 мин. Последующее нанесение медного покрытия электрохимическим способом позволило сформировать тонкий металлический слой на поверхностях открытых пор матрицы по всему ее объему, что подтверждается микроструктурой полученного материала. Созданный таким образом материал за счет образования дополнительного внутреннего медного каркаса в виде тонкостенной металлической оболочки на внутренних поверхностях открытых пор показал снижение удельного электрического сопротивления на 74,29 % по сравнению с исходным.

Исследование выполнено за счет средств программы развития ВолгГТУ «Приоритет 2030» в рамках научного проекта № 8/648-24.

1. Naik N., Suresh P., Yadav S. et al. A review on composite materials for energy harvesting in electric vehicles // Energies. 2023. Vol. 16, No. 8. 3348. DOI: 10.3390/en16083348
2. Курганова Ю. А., Колмаков А. Г. Конструкционные металломатричные композиционные материалы // Научное обозрение. Реферативный журнал. 2016. № 5. С. 75–76.
3. Nidhi K., Koushik S., Binod K., Supriya B., Debdas R. Mechanical and electrical properties of copper-graphene  nanocomposite fabricated by high pressure torsion // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 776. P. 123–132. DOI: 1016/j.jallcom.2018.10.139

4. Kalashnikov I. E., Kobeleva L. I., Bolotova L. K., Bykov P. A., Kolmakov A. G. Friction surfaces and wear products of Sn – Sb – Cu-based composite materials // Russian Metallurgy (Metally). 2018. No. 4. P. 377–382.
5. Lin X., Liu R., Chen J., Xiong X., Liao N. Study on currentcarrying friction and wear properties of copper-graphite brush material reinforced by organosilicon // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 12. P. 365–375. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.02.094
6. Tan W., Jiang X., Shao Z., Sun H. et al. Fabrication and mechanical properties of α-Al2O3 whisker reinforced cu-graphite matrix composites // Powder Technology. 2020. Vol. 375. P. 124–135. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.07.105
7. Malaki M., Tehrani A. F., Niroumand B., Gupta M. Wettability in metal matrix composites // Metals. 2021. Vol. 7, Iss. 1. 1034. DOI: 10.3390/met11071034
8. Cuevas А. С., Bercerril Е., Martinez М. S. Metal matric composites: wetting and infiltration. — Cham, Switzerland : Springer, 2018. — 221 p.
9. Мирошкин Н. Ю., Цурихин С. Н., Кидалов Н. А., Гулевский В. А. Пропитка углеграфита сплавом алюминия. Часть 1 // Цветные металлы. 2023. № 6. С. 58–64.
10. Цурихин С. Н., Гулевский В. А., Мирошкин Н. Ю., Кидалов Н. А. Пропитка углеграфита сплавом алюминия. Часть 2 // Цветные металлы. 2023. № 7. С. 41–46.
11. Gulevskii V. A., Vinogradov L. V., Antipov V. I. et al. Improving the efficiency and quality of the impregnation of a porous carbongraphite material with the aluminum melt by galvanic modification of its surface // Russian Metallurgy (Metally). 2023. Vol. 2023. No.1 . P. 19–24. DOI: 10.1134/S0036029523010068
12. Березин Н. Б., Межевич Ж. В. Электроосаждение металлов из водных растворов комплексных соединений : монография. — Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. — 168 с.
13. Еремин Р. Н. Повышение устойчивости графитированных анодов магниевых электролизеров к высокотемпературному окислению : дис. … канд. техн. наук / Санкт-Петербургский горный университет, 2021. — 178 с.
14. ГОСТ 23776–79. Изделия углеродные. Метод измерения удельного электрического сопротивления. — Введ. 01.01.1982.
15. ГОСТ 2409–95. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. — Введ. 01.01.1997.
16. Хмелев В. Н., Шалунов А. В., Хмелев С. С., Цыганок С. Н. Ультразвук. Аппараты и технологии. — Барнаул : ООО «Издательский дом «Бия», 2015. — 687 с.