Способ измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при измерении электрического сопротивления и площади контакта малых сферических металлических частиц. Техническим результатом изобретения является возможность измерения контактных характеристик в контакте непосредственно двух гранул еще до изготовления материала, что дает возможность при неприемлемых значениях этих характеристик дать рекомендации по их улучшению. Способ включает нагружение образца, состоящего из двух металлических гранул дисперсного материала, располагая их по оси приложения нагрузки, пропускание и регистрацию силы тока и напряжения в зоне контакта. После определения величины электрического сопротивления единичного контакта R_к одну из деформированных гранул помещают в поле зрения оптической системы, после чего измеряют диаметр полученного отпечатка d_к, а о степени разрушения окисной пленки судят по величине коэффициента β, рассчитываемого по формуле β = ρ₀/d_кR_к, где ρ₀ - удельное сопротивление монолитного материала, d_к - средний диаметр отпечатка, R_к - сопротивление единичного контакта. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении электрического сопротивления и площади контакта малых сферических металлических частиц.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала (Кончиц В.В., Мешков В. В. , Мышкин Н.К. Триботехника электрических контактов. - Минск: Наука и техника, 1986. - 256 с.), включающий нагружение образца в виде множества гранул, пропускание и регистрацию силы тока и напряжения в зоне контакта, по которым судят об электрическом сопротивлении образца.

Недостатками данного способа являются: - невозможность разделения вклада в общую электропроводность образца размера контактной площадки и плотности упаковки гранул (координационного числа); - невозможность оценки влияния на контактную электропроводность физико-механических свойств и состояния поверхности материала гранул.

Задачей изобретения является обеспечение возможности прогнозирования контактных электромеханических характеристик дисперсного материала и их улучшения.

Технический результат достигается тем, что контактные характеристики измеряют в контакте непосредственно двух гранул еще до изготовления материала, что дает возможность при неприемлемых значениях этих характеристик дать рекомендации по их улучшению.

Поставленная задача достигается тем, что по способу измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, включающему нагружение образца в виде гранул, пропускание и регистрацию силы тока и напряжения в зоне контакта, по которым судят об электрическом сопротивлении образца, согласно изобретению нагружают образец, состоящий из двух металлических гранул дисперсного материала, располагая их по оси приложения нагрузки, и определяют величину электрического сопротивления единичного контакта R_к, а затем перемещают одну из деформированных гранул в поле зрения оптической системы, после чего измеряют диаметр полученного отпечатка d_к, по которому рассчитывают твердость материала гранул и степень деформации гранул, далее судят о степени разрушения окисной пленки по величине коэффициента β, рассчитываемого по формуле где ρ₀- удельное сопротивление монолитного материала, d_к - средний диаметр отпечатка, R_к - сопротивление единичного контакта.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала.

Устройство состоит из образца в виде двух металлических гранул дисперсного материала 1 и 2, источника тока 3, амперметра 4 и вольтметра 5.

Способ реализует следующую последовательность операций определения сопротивления и площади контакта гранул дисперсного материала. Гранулы 1 и 2 приводят в контакт. Образец нагружают по оси контакта постоянной силой N. Через контакт от источника тока 3 пропускают постоянный электрический ток I, измеряемый амперметром 4. С помощью вольтметра 5 измеряют разность потенциалов U двух точек А и В, находящихся вблизи контактной поверхности по разные стороны от нее. По величине разности потенциалов U и силы тока I определяют сопротивление единичного контакта R_к: R_k = U/I.

Затем перемещают одну из деформированных гранул в поле зрения оптической системы, после чего измеряют диаметр полученного отпечатка d_к, по которому рассчитывают твердость материала гранул: H = 4N/πd²_π и степень деформации гранул k = d_к/D, далее судят о степени разрушения окисной пленки по величине коэффициента β. рассчитываемого по формуле где D - средний диаметр гранулы, ρ₀- удельное сопротивление монолитного материала гранул, d_к - средний диаметр отпечатка, R_к - сопротивление единичного контакта.

Для реализации способа была выбрана оптическая система микроскопа МИР-1, с помощью которой измеряли диаметр отпечатка d_к.

В качестве нагружающей системы было выбрано механическое устройство вертикального перемещения микроскопа МИР-1, с помощью которого нагружали образец постоянной силой N.

Способ поясняется на примере определения контактных характеристик образца из двух алюминиевых гранул. Две гранулы средним диаметром D = 0,95 мм приводят в контакт. Образец нагружают по оси контакта постоянной силой N = 21,5 Н. Через контакт от источника тока 3 пропускают постоянный электрический ток I = 1 мА. Разность потенциалов U двух точек А и В, измеряемая с помощью вольтметра 5, составляет 2 мкВ. По величине разности потенциалов U и силы тока I определяют сопротивление единичного контакта R_к: R_к = U/I = 2 мОм.

Затем перемещают одну из деформированных гранул в поле зрения оптической системы. Средний диаметр полученного отпечатка d_к, измеряемый с помощью оптической системы, составляет 0,54 мм. По величине диаметра отпечатка рассчитывают твердость материала гранул H = 4N/πd²_π = 94 МПa
и степень деформации гранул k = d_к/D = 0,57, далее судят о степени разрушения окисной пленки по величине коэффициента β, рассчитываемого по формуле:

где ρ₀= 2,7•10^-8 Ом•м - удельное сопротивление алюминиевого монолитного материала.

Данный способ может найти применение при разработке методов лабораторного контроля сырья и полуфабрикатов для изделий порошковой металлургии. Раннее выявление брака исключает дорогостоящие операции, проводимые на бракованном сырье или полуфабрикате при изготовлении деталей методами порошковой металлургии.

С помощью этого способа можно контролировать качество исходного сырья - гранул дисперсного материала. По величине электрического сопротивления контакта гранул можно контролировать состояние их поверхности: шероховатость, химическую чистоту, степень окисления, наличие других загрязнений. По величине твердости гранул можно контролировать их механические свойства, искажение кристаллической структуры, наличие внутренних пор и т.п.

Формула изобретения

Способ измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, включающий нагружение образца в виде гранул, пропускание и регистрацию силы тока и напряжения в зоне контакта, по которым судят об электрическом сопротивлении образца, отличающийся тем, что нагружают образец, состоящий из двух металлических гранул дисперсного материала, располагая их по оси приложения нагрузки, и определяют величину электрического сопротивления единичного контакта R_к, а затем помещают одну из деформированных гранул в поле зрения оптической системы, после чего измеряют диаметр полученного отпечатка d_к, по которому рассчитывают твердость материала гранул и степень деформации гранул, далее судят о степени разрушения окисной пленки по величине коэффициента β, рассчитываемого по формуле
β = ρ₀/d_кR_к,
где ρ₀ - удельное сопротивление монолитного материала;
d_к - средний диаметр отпечатка;
R_к - сопротивление единичного контакта.

РИСУНКИ

Рисунок 1