THE METHODOLOGY FOR OBTAINING DISPERSED-HARDENED SILVER BY MECHANICAL METHOD
МЕТОДОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНО УПРОЧНЕННОГО СЕРЕБРА МЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Поповкина Валерия Алексеевна
студент магистратуры, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
РФ, г. Санкт-Петербург
THE METHODOLOGY FOR OBTAINING DISPERSED-HARDENED SILVER BY MECHANICAL METHOD
Valeriia Popovkina
Master's student, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University,
Russia, Saint Petersburg
АННОТАЦИЯ
В данной статье предлагается метод получения дисперсно упрочненного порошка серебро-фуллереновая сажа с применением планетарной мельницы. Методология заключается в механическом вводе фуллереновой сажи в серебряный порошок, полученный электрохимическим путем. Впоследствии этот порошок подвегают горячему прессованию для получения образцов для исследования.
Ключевые слова: Фуллереновая сажа, серебро, дисперсное упрочнение, серебряный композит, порошковая металлургия
1. Введение.
Предложения метода синтеза дисперсно упрочненного порошка серебро-фуллереновая сажа позволит получать материал достаточной твердости с высоким содержанием серебра. Необходимость материала, обладающего подобными характеристиками, обосновывается созданием тонких ювелирных изделий, которые смогут сопротивляться существенной деформации даже в условиях ежедневной носки, которая предполагает трение с поверхностью кожи, воздействие пота и воздуха. Изделия из подобного материала сохранят в изначальном виде орнаменты и узоры, которые медленно стираются или даже исчезают с изделий как при обычной эксплуатации, так и при полировке мелких царапин и иных повреждений.
В данной работе предлагаются методы получения дисперсно упрочненного серебрянного порошка с добавлением в него фуллереновой сажи. Предлагаемый метод представляет собой смешивание с помощью планетарной мельницы осажденного из электролита порошок чистого серебра с фуллереновой сажей. Впоследствии образцы подвергались горячему прессованию и дальнейшему исследованию их механических свойств.
2. Материалы и методы.
Чистое серебро электрохимически осаждалось на титановые пластины в водном растворе азотнокислого серебра. Был взят электролит, состоящий из AgNO3 и HNO3 (AgNO3 - 25 г/л, HNO3 - 15 г/л. соответственно). Катод - пластины из титана, анод - серебряные стержни из технически восстановленного оксалата серебра. После осаждения серебряный порошок помещался в планетарную мельницу с добавлением фуллереновой сажи в количестве от 1% до 2%. Первичное измельчение происходило на 200об/мин (оборотов в минуту), после чего скорость увеличивали до 400 об/мин.
Образцы для исследований получали путем холодного прессования при давлением 700 МПа с последующим горячим прессованием при 720°С и давлении 350 МПа.
Образцы для оптических наблюдений подготовлены электрохимическим травлением в коммерческом электролите PLS-12 (NTC Technokom AS) при плотности тока 10А/дм2. Изображения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) были получены на Phenom ProX. Твердость определяли по Виккерсу при нагрузке 10 кг с помощью ZWICK ZHU. Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре Bruker D8 Advance с использованием Cu Kα монохроматическим излучением (λ = 1,5406 Å).
Исследование выполнено при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям.
3. Результаты и обсуждения.
Были проведены исследования зависимости твердости образцов по Викерсу, относительно количества фуллереновой сажи, добавленной в порошок.
Рисунок 1. График твердости получаемых образцов по Викерсу HV относительно массовой доли фуллереновой сажи %
По графику видно, что пик твердости наблюдается на образце, полученном из порошка, в котором содержание фуллереновой сажи составляет 1,5%. При этом его твердость почти в 2 раза выше плотности чистого серебра, полученного и спрессованного подобным образом.
Для лучшего понимания происходящего в процессе получения порошка были сделаны СЭМ-изображения порошка, содержащего 1,5% фуллереновой сажи в определенные временные точки.
Рисунок 6. СЭМ-изображения порошка, сделанные последовательно через равные интервалы времени: через 60 мин на 200 об/мин и 30 мин на 400 об/мин (А), через 60 мин на 200 об/мин и 60 мин на 400 об/мин (Б), через 60 мин на 200 об/мин и 90 мин на 400 об/мин (В), через 60 мин на 200 об/мин и 120 мин на 400 об/мин (Г), через 60 мин на 200 об/мин и 150 мин на 400 об/мин (Д), через 60 мин на 200 об/мин и 180 мин на 400 об/мин(Е)
На приведенных выше СЭМ-изображениях можно наблюдать тенденцию хлопьев материала к скатыванию. Вероятно, это оказывает положительное влияние на прочностные характеристики спрессованных образцов.
Была обнаружена тенденция к уменьшению зерна при увеличении массовой доли фуллереновой сажи в порошке, что видно на приведенных ниже изображениях.
Рисунок 2. СЭМ-изображение порошка серебро-фуллереновая сажа с массовой долей сажи 0,5% и его микроструктура после горячего прессования
Рисунок 3. СЭМ-изображение порошка серебро-фуллереновая сажа с массовой долей сажи 1,5% и его микроструктура после горячего прессования
Рисунок 4. СЭМ-изображение порошка серебро-фуллереновая сажа с массовой долей сажи 2% и его микроструктура после горячего прессования
Список литературы:
- Katzensteiner, J.M. Rosalie, R. Pippan, A. Bachmaier Synthesis of nanodiamond reinforced silver matrix nanocomposites: microstructure and mechanical properties// Materials Science and Engineering: AVolume 782, 24 April 2020
- O.A. Shenderova, V. V. Zhirnov, D.W. Brenner, Carbon nanostructures, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 27 (2002) 227–356. doi:10.1080/10408430208500497.
- Borbat V.F., Maslenitsky I.N., Nikitin M.V., Strizhko L.S., Chugaev L.V. Metallurgy of noble metals. Textbook for universities // Metallurgy, Moscow, 1987, 432 pages, UDC: 669.21/23