Interaction of Dispersed Cobalt with Molten Copper under Low-Frequency Vibration

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of increasing the hardness of a Co–Cu binder in single-stage production of WC–Cu–Co composites using pre-solidification low-frequency vibration (LFV) is investigated. Cu–Co and WC–Cu–Co alloys are fabricated by reactive infiltration of liquid copper into uncompacted WC and Co powders under LFV of their compositions (80 Hz for 10 min at 1300–1350°C). Their phase and chemical compositions, structure, and hardness have been studied. We are the first to experimentally show that metastable formations (frozen immiscibility regions of two liquids) are the precursors of (Co) dendrites and have the same composition with them. The cobalt distribution over the height of Cu–Co alloy ingots and over phase components is shown to depend on the cobalt content, the effect of vibration, the geometric arrangement of initial component layers, and the temperature. The optimum conditions for achieving a uniform cobalt distribution over the melt have been determined. Cobalt is shown to ensure precipitation hardening of the Cu–Co metal binder due to the formation of (Cu) solid solutions already at the stage of synthesis of Cu–Co and WC–Cu–Co alloys. Moreover, the potential for additional hardening by subsequent heat treatment or by changing cooling conditions is still incompletely fulfilled.

About the authors

L. E Bodrova

Institute of Metallurgy (IMET), Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: bodrova-le@mail.ru
Yekaterinburg, Russia

E. Yu. Goyda

Institute of Metallurgy (IMET), Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: bodrova-le@mail.ru
Yekaterinburg, Russia

A. B. Shubin

Institute of Metallurgy (IMET), Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: bodrova-le@mail.ru
Yekaterinburg, Russia

O. M. Fedorova

Institute of Metallurgy (IMET), Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bodrova-le@mail.ru
Yekaterinburg, Russia

References

  1. Левашов, Е.А. История отечественных твердых сплавов / Е.А. Левашов, В.С. Панов, И.Ю. Коняшин // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. №3. С.14-21. DOI: dx.doi.org/10.17073/1997-308X-2017-3-14-21.
  2. Konyashin, I. Wettability of tungsten carbide by liquid binders in WC-Co cemented carbides: Is it complete for all carbon contents? / I. Konyashin, A.A. Zaitsev, D. Sidorenko, E.A. Levashov, B. Ries, S.N. Konischev, M. Sorokin, A.A. Mazilkin, M. Herrmann, A. Kaiser // Intern. J. Refract. Metals and Hard Mater. 2017. Р.134-148.
  3. Loginov, P.A. In situ observation of hardmetal deformation processes by transmission electron microscopy: in 2 parts. Pt. II: Deformation caused by tensile loads / P.A. Loginov, A.A. Zaitsev, I. Konyashin, D.A. Sidorenko, A.S. Orekhov, E.N. Avdeenko, E.A. Levashov // Intern. J. Refract. Metals and Hard Mater. 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105017.
  4. Garcia, J. Cemented carbide microstructures: a review /j. Garcia, V.C. Cipre¢s, A. Blomqvist, B. Kaplan // Intern. J. Refract. Metals & Hard Mater. 2019. Р.40-68. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004.
  5. Dias, M. WC-Cu thermal barriers for fusion applications / M. Dias, F. Guerreiro, E. Tejado, J.B. Correiac, U.V. Mardolcar, M. Coelho, T. Palacios, J.Y. Pastor, P.A. Carvalho, E. Alves // Surf. Coat. Technol. 2018. Р.222-226. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.086.
  6. Silva, V.L. Copper wettability on tungsten carbide surfaces / V.L. Silva, C.M. Fernandes, A.M.R. Senos // Ceramics Intern. 2016. P.1191-1196. Available online at www.sciencedirect.com.
  7. Shinoda, Yu. Development of creep-resistant tungsten carbide copper cemented carbide / Yu. Shinoda, Yu. Yanagisawa, T. Akatsu1, F. Wakai1, H. Fujii // Mater. Trans. 2009. V.50. №6. Р.1250-1254. - (Special Issue on Joining Technology for New Metallic Glasses and Inorganic Materials). doi: 10.2320/matertrans.ME20080.
  8. Cardoso, J.P. WC-Cu (AlSI304) composites processed from high energy ball milled powders /j.P. Cardoso, J. Puga, A.M. Ferro Rocha, C.M. Fernandes, A.M.R. Senos // Intern. J. Refract. Metals & Hard Mater. 2019. Art.104990. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.104990.
  9. Bodrova, L.E. Smart-microstructures of composites for electrical contacts with frameless packing of Cr and W in copper / L.E. Bodrova, S.Yu. Melchakov, A.B. Shubin, E.Yu. Goyda // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2021. V.31. P.2773-2786. doi: 10.1016/S1003-6326(21)65692-3.
  10. Гойда, Э.Ю. Дугостойкость на воздухе сплавов WС-Cr3С2-Сu с бескаркасной упаковкой карбидов / Э.Ю. Гойда, И.О. Гилев, Л.Е. Бодрова, А.Б. Шубин // Перспективные материалы. 2022. №12. С.20-31. doi: 10.30791/1028-978X-2022-12-20-31.
  11. Goyda E.Yu. Arc Resistance in Air of WC-Cr3C2-Cu Alloys with Frameless Packing of Carbides / E.Yu. Goyda, I.O. Gilev, L.E. Bodrova, A.B. Shubin // Inorgan. Mater.: Appl. Res. 2023. V.14. №2. Р.479-487. ISSN 2075-1133. doi: 10.1134/S2075113323020168.
  12. Бодрова, Л.Е. Структура и свойства слоистых композитов WC-Cu, полученных в условиях вибрации / Л.Е. Бодрова, Э.Ю. Гойда, А.Б. Шубин, О.А. Королев // Перспективные материалы. 2023. №9.
  13. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1997. Т.2. 1024 с.
  14. Когтенкова, О.А. Фазовые переходы смачивания границ зерен в перитектических сплавах медь-кобальт / О.А. Когтенкова, А.Б. Страумал, Н.С. Афоникова, А.А. Мазилкин, К.И. Колесникова, Б.Б. Страумал // ФТТ. 2016. Т.58. Вып.4. С.721-724.
  15. Tolmachev, T.P. Mechanical alloying and fracture features of non-equilibrium Cu-Co alloys / T.P. Tolmachev, V.P. Pilyugin, A.M. Patselov, A.I. Ancharov, A.V. Inozemtsev // Diagnostics, Resource and Mechan. Mater. Struct. 2018. Is.6. P.18-26.
  16. Исхаков, Р.С. Сплавы Co-Cu, полученные механическим сплавлением из порошковых прекурсоров с различной контактной поверхностью и энергонасыщенностью / Р.С. Исхаков, Л.А. Кузовникова, Е.А. Денисова, С.В. Комогорцев, А.Д. Бадаев // ФММ. 2009. Т.107. №5. С.513-519.
  17. Ignat'ev, E. Low frequency technique for alloys production / E. Ignat'ev, E. Pastukhov, L. Bodrova. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Akad. Publ., 2013. 170 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».