Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

Н. А. Кидалов, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства», докт. техн. наук
Н. Ю. Мирошкин, заведующий лабораторией кафедры «Машины и технология литейного производства», канд. техн. наук, эл. почта: nikolays34rus@gmail.com
А. А. Белов, канд. техн. наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства»
С. Р. Поляк, аспирант кафедры «Машины и технология литейного производства»

Представлены результаты исследований по разработке металлонаполненных композиционных материалов на основе графита электрохимическим способом, суть которого заключается в восстановлении меди в заранее заполненных электролитом меднения открытых порах графитовой основы. Применение этого способа армирования графитовой основы взамен традиционных, основанных на использовании высокотемпературного оборудования и высокого избыточного давления, позволит получать композиционный материал при меньших трудо- и энергозатратах в качестве токосъемных элементов, например щеток электродвигателей и пантографов электрифицированного городского транспорта. Проведенные исследования показали, что при использовании сернокислого электролита медь восстанавливается на глубину до 2 мм от поверхности графитовой основы. При этом на поверхности заготовки поры размером 30–100 мкм полностью заполнены медью, в порах размером 100–700 мкм медь присутствует в виде покрытия на их стенках, а при углублении от поверхности на 2 мм медь находится в виде тонкого покрытия, распределенного по стенкам пор. Исследования структуры композитов, полученных из пирофосфатного электролита, показали, что на поверхности композиционного материала металлом заполнены большинство пор независимо от их размера. При этом на глубине графитовой основы 1 мм от поверхности поры 30–100 мкм, 100–300 мкм также заполнены медью, а в порах размерами 300–700 мкм металл восстановился в виде покрытия на поверхностях пор. Углубление на 2–3 мм от поверхности композита позволило выявить, что морфология распределения меди не изменяется. Таким образом, использование пирофосфатного электролита позволило электрохимическим способом сформировать медный каркас в открытых порах графитовой щетки марки ЭГ-14 на глубину до 3 мм, что привело к изменению свойств материала, а именно снижению удельного электрического сопротивления в 11,9 раза по сравнению с исходной.

Исследование выполнено за счет средств программы развития ВолгГТУ «Приоритет 2030», в рамках научного проекта № 8/648-24».

1. Гершман Е. И., Гершман И. С., Миронов А. Е. Влияние формы токосъемных элементов на углеродной основе на износостойкость и стабильность токосъема // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2015. № 4. С. 3–7.
2. Гершман И. С., Гершман Е. И., Тюрнин П. Г. Исследование свойств и характеристик графито-медных материалов с модифицированным графитом // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транс порта. 2013. № 3. С. 43–48.
3. Курганова Ю. А., Колмаков А. Г. Конструкционные металломатричные композиционные материалы // Научное обозрение. Реферативный журнал. 2016. № 5. С. 75, 76.
4. Naik N., Suresh P., Yadav S. et al. A review on composite materials for energy harvesting in electric vehicles // Energies. 2023. Vol. 16, No. 8. DOI: 10.3390/en16083348

5. Nidhi K., Koushik S., Binod K., Supriya B., Debdas R. Mechanical and electrical properties of copper-graphene nanocomposite fabricated by high pressure torsion // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 776. P. 123–132.
6. Kalashnikov I. E., Kobeleva L. I., Bolotova L. K., Bykov P. A. et al. Friction surfaces and wear products of Sn – Sb – Cu-based composite materials // Russian Metallurgy (Metally). 2018. No. 4. P. 377–382.
7. Gulevskii V. A., Miroshkin N. Y., Gulevskii V. V. et al. Use of electroplating for increasing the efficiency and quality of impregnation of a porous graphitized carbon material with copper alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2020. No. 7. P. 746–751.
8. Lin X., Liu R., Chen J., Xiong X., Liao N. Study on currentcarrying friction and wear properties of copper-graphite brush material reinforced by organosilicon // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 12. P. 365–375.
9. Malaki M., Tehrani A. F., Niroumand B., Gupta M. Wettability in metal matrix composites // Metals. 2021. Vol. 7, No. 1. DOI: 10.3390/met11071034
10. Cuevas А. С., Bercerril Е., Martinez М. S. Metal matric composites: wetting and infiltration. — Cham, Switzerland : Springer, 2018. — 221 p.
11 Кидалов Н. А., Мирошкин Н. Ю., Белов А. А, Поляк С. Р. Исследование условий получения металлонаполненного композиционного материала на основе графита электрохимическим методом и свойства полученных изделий. Часть 1 // Цветные металлы. 2025. № 2. С. 65–69.
12. ГОСТ 23776–79. Изделия углеродные. Метод измерения удельного электрического сопротивления. Введ. 01.01.1982.
13. ГОСТ 2409–95. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. – Введ. 1997-01-01.
14. Березин Н. Б., Межевич Ж. В. Электроосаждение металлов из водных растворов комплексных соединений: монография. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2015. – 168 с.
15. Вирблис С. Гальванотехника для мастеров: справ. издание / под ред. А. Ф. Иванова. – М. : Металлургия, 1990. – 208 с.
16. Performance Carbon // morganperformancecarbon.com – URL: https://www.morganperformancecarbon.com/media/tjkmitgn/performance_carbon_traction_current_collector_2024_web_lr.pdf/ (дата обращения: 16.12.2025).
17. ГОСТ 4134–2015. Профили из медных сплавов для коллекторов электрических машин. – Введ. 01.04.2016.