Виготовлення Сu-Ni композиційного матеріалу електролітичним осадженням

І. М. Гурія; П. І. Лобода; С. О. Руденький; Я. О. Смірнова

doi:10.15407/mom2025.02.003

Автор(и)

І. М. Гурія Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-0394-9708
П. І. Лобода Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-2012-1080
С. О. Руденький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-3659-5128
Я. О. Смірнова Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-6371-3716

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.02.003

Ключові слова:

швидкісне деформування, облицювання кумулятивних зарядів, кумулятивний струмінь, мідь, армований композит

Анотація

Вироби, які працюють в умовах високошвидкісного деформування, використовують в цивільній та військовій галузях. Ключовим компонентом даних виробів є облицювання кумулятивних зарядів, матеріали для виготовлення яких повинні мати високу пластичність для забезпечення цілісності струменів, що утворюються під час навантаження вибухом.

Метою роботи є аналіз результатів досліджень щодо впливу природи матеріалів і технологій отримання облицювань кумулятивних зарядів на їх швидкісне деформування та створення армованого композиційного матеріалу з мідною матрицею для виготовлення виробу складної тонкостінної форми.

Для досягнення мети використовували електроосадження міді, як найбільш ефективний спосіб отримання тонкостінних облицювань. Встановлено, що концентрація розчину CuSO₄ 0,8 моль/л, щільність струму від 0,06 та до 0,1 А/см² та тривалість електроосадження 3 год є оптимальними параметрами процесу електроосадження міді на поверхню нікелевої сітки. Аналізом мікробудови композиційного матеріалу встановлено, що спочатку осаджена мідь повторює форму і розміри сітки із нікелю, як підкладки, проте отвори сітки не заростають. Для підвищення щільності та суцільності мідного композиту, армованого нікелевими волокнами, проведено допресування в сталевих прес-формах. Цю операцію суміщали з калібруванням і наданням точних (не менше 0,1 мм) розмірів та форми тонкостінному виробу з рівномірністю щільності по об’єму не меншою за 1 %. Встановлено, що під час пластичної деформації відбувається заповнення проміжків між частинками міді, осадженої на поверхні нікелю і формується суцільний матеріал.

Для проведення подальших досліджень виготовлено експериментальний зразок конічного облицювання кумулятивного заряду з мідно-нікелевого композиційного матеріалу.

Посилання

Wang, X., Wang, B., Liu, X., Li, T., Zeng, H., Wang, L., Jin, K., & Xue, Y. (2025). Asynchronous deformation behavior of precipitation-hardened high-entropy alloys shaped charge liner under explosive loading. Intermetallics, 176, 108555.

https://doi.org/10.1016/j.intermet.2024.108555

Elshenawy, T. (2016). Determination of the velocity difference between jet fragments for a range of copper liners with different small grain sizes. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 41(1), 69-75.

https://doi.org/10.1002/prep.201500095

Borkowski, J., Wilk, Z., Koslik, P., Szymanczyk, L., & Zygmunt, B. (2018). Application of sintered liners for explosively formed projectile charges. International Journal of Impact Engineering, 118, 91-97.

https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2018.04.009

Voitenko, Y. I., Goshovskii, S. V., & Zakusylo, R. V. (2022). Materials science aspects of explosive cumulative efficiency. In 6th International Research and Practical Conference «Chemical Technology: Science, Economy and Production» (pp. 56-59). Sumy, Ukraine. [in Ukrainian]

Fu, H., Jiang, J., Men, J., & Gu, X. (2022). Microstructure evolution and deformation mechanism of tantalum-tungsten alloy liner under ultra-high strain rate by explosive detonation. Materials, 15(15), 5252.

https://doi.org/10.3390/ma15155252

Zaki, S., Uddin, E., Rashid, B., Mubashar, A., & Shah, S. R. (2019). Effect of liner material and explosive type on penetration effectiveness of shaped charge. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 233(7), 1375-1383.

https://doi.org/10.1177/1464420717753233

Li, W. B., Wang, X. M., & Zhou, H. (2015). Effect of the liner material on the shape of dual mode penetrators. Combustion, Explosion and Shock Waves, 51(3), 387-394.

https://doi.org/10.1134/S0010508215030168

Wang, C., Ma, T., & Ning, J. (2008). Experimental investigation of penetration performance of shaped charge into concrete targets. Acta Mechanica Sinica, 24, 345-349.

https://doi.org/10.1007/s10409-008-0160-3

Elshenawy, T., Li, Q. M., & Elbeih, A. (2022). Experimental and numerical investigation of zirconium jet performance with different liner shapes design. Defence Technology, 18(1), 12-26.

https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.11.019

Xu, H., Liu, J., Cai, Q., Xue, X., & Li, S. (2022). Significantly improved penetration performance of intermetallic-compound-contained Ti-Al-Nb alloy shaped charge liner against reinforced concrete targets. Materials & Design, 221, 110997.

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110997

Wang, Z., Wang, H., Hou, Z., Xu, H., & Li, Y. (2014). Dynamic consolidation of W-Cu nano-alloy and its performance as liner materials. Rare Metal Materials and Engineering, 43(5), 1051-1055.

https://doi.org/10.1016/S1875-5372(14)60099-0

Zhao, Z., Liu, J., Guo, W., Li, S., & Wang, G. (2016). Effect of Zn and Ni added in W-Cu alloy on penetration performance and penetration mechanism of shaped charge liner. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 54, 90-97.

https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2015.07.022

Voitenko, Y., Goshovskii, S., Kostiuk, O., & Pasichnyk, A. (2023). On optimum designs and materials of shaped charges for practical applications. Technical Engineering, 1(91), 287-297. [in Ukrainian].

https://doi.org/10.26642/ten-2023-1(91)-287-297

Sun, M., Yang, W., He, H. Y., Chen, D. P., Li, Z. P., & Tian, W. H. (2021). Shear localization and recrystallization in an ultrahigh strain rate deformed copper shaped charge liner. Materials Characterization, 177, 111184.

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111184

Fan, A. L., Tian, W. H., Sun, Q., & Wang, B. S. (2006). Microstructure and penetration behavior of electroformed copper liners of shaped charges during explosive detonation deformation. Journal of University of Science and Technology Beijing, 13(1), 73-77.

https://doi.org/10.1016/S1005-8850(06)60017-0

Fan, A. L., Li, Sh. K., & Tian, W. H. (2008). Grain growth and texture evolution in electroformed copper liners of shaped charges. Materials Science and Engineering: A, 474(1-2), 208-213.

https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.04.001

Memannavaz, H., Pebdeni, H. H., Liaghat, G., Rahmati, S., Najafi, M., & Fazeli, H. (2019). Numerical and experimental analysis of copper electroforming on an aluminum substrate as a rotating cone electrode cell. ChemistrySelect, 4(40), 11839-11847.

https://doi.org/10.1002/slct.201903204

Elshenawy, T., Soliman, S., & Hawwas, A. (2017). Influence of electric current intensity on the performance of electroformed copper liner for shaped charge application. Defence Technology, 13(3), 439-442.

https://doi.org/10.1016/j.dt.2017.05.015

Tian, W. H., Fan, A. L., Gao, H. Y., Luo, J., & Wang, Z. (2003). Comparison of microstructures in electroformed copper liners of shaped charges before and after plastic deformation at different strain rates. Materials Science and Engineering: A, 350(1-2), 160-167.

https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00721-9

Fan, A. L., Li, S. K., Tian, W. H., & Wang, F. C. (2007). Comparison of microstructures in electroformed and spin-formed copper liners of shaped charge undergone high-strain-rate deformation. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17(6), 1447-1450.

https://doi.org/10.1016/S1003-6326(07)60292-1

Held, M. (2001). Liners for shaped charges. Journal of Battlefield Technology, 4(3), 1-6.

Elshenawy, T. (2012). Criteria of design improvement of shaped charges used as oil well perforators [PhD thesis, University of Manchester]. The University of Manchester Research Explorer. https://research.manchester.ac.uk/en/studentTheses/criteria-of-design-improvement-of-shaped-charges-used-as-oil-well

Wong, C. C., Dean, T. A., & Lin, J. (2003). A review of spinning, shear forming and flow forming processes. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(14), 1419-1435.

https://doi.org/10.1016/S0890-6955(03)00172-X