Создание новых энергосберегающих композиционных переходных элементов и узлов электротехнического назначения

Медно-алюминиевые двух- и многослойные композиционные материалы нашли широкое промышленное применение в черной, цветной металлургии, энергетике, электротехнике, электрохимии, в основном в качестве токоподводящих и переходных элементов благодаря комбинированному сочетанию целого комплекса эксплуатационных свойств, таких как высокая электропроводность, пластичность, теплопроводность. Сварка взрывом в силу ряда ее специфических особенностей является наиболее целесообразным способом изготовления соединений из меди с алюминием.

Несмотря на то, что оба металла композиции обладают высокими пластическими свойствами, получение качественного бездефектного сварного соединения весьма проблематично по целому ряду причин, основными из которых являются существенное различие физико-механических свойств, а также крайне неблагоприятный с позиции свариваемости тип металлургического взаимодействия с образованием в зоне соединения ряда устойчивых химических соединений: q-фаза (Al₂Cu), h-фаза (AlCu), γ₂ фаза (AlCu₂), d-фаза (Al₂Cu₃), x-фаза (Al₃Cu) и легкоплавкой 548-градусной эвтектики, состоящей из q-фазы и твердого раствора меди в алюминии [1]. Как следствие, диапазон получения качественного соединения значительно уже (получить равнопрочное соединение при «традиционных» значениях скорости контакта 2500…3000 м/с можно лишь в узком диапазоне углов соударения), чем при сварке металлов с удовлетворительной металлургической совместимостью, и любое отклонение от оптимальных значений параметров взрывного нагружения неизбежно приведет к образованию различного рода дефектов, снижающих прочностные и эксплуатационные свойства соединения [1].

Авторами работ [1, 2] исследовано влияние структурной неоднородности зоны соединения медно-алюминиевого композита на механические и электрофизические свойства (рис. 1). Показано, что уменьшение вероятности образования нежелательных структур возможно за счет использования низкоскоростных взрывчатых веществ, однако промышленный выпуск взрывчатых веществ с такими характеристиками недостаточно освоен. Другим путем расширения диапазона свариваемости является предварительное воздействие на металл термическим или иным способом, приводящее к изменению физико-механических свойств.