مقاله ویژگی ریزساختار سه بعدی Cu 25Cr حالت آلیاژ سینتر شده با استفاده از توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس و تقسیم بندی پشتیبانی یادگیری ماشین

چکیده

Cu-Cr-based alloys with Cr content from 5 to 50 wt.% are widely used as electrical contacts for vacuum interrupters for medium voltage applications because of their excellent combination of mechanical, thermal, and electrical conductivity. Cu-Cr electrical contacts are usually processed by sintering or casting processes. For solid-state sintered Cu-Cr materials, the physical properties vary as a function of the Cr content, phase morphology and porosity volume fraction. Some studies have investigated the effect of the microstructural characteristics of Cu-Cr alloys with different Cr content and morphology on their properties. However, the porosity characterization and Cr spatial distribution and how they affect these alloys’ physical properties are not as well documented. In this study, we report an in-depth 3D characterization of the porosity and Cr-phase of solid-state sintered Cu-25Cr alloys with three final relative densities using X-ray Computed Tomography (XCT). An image analysis algorithm assisted by a machine learning-based segmentation method has been specifically developed. Results show that for Cu-25Cr solid sintered alloys there are mainly two types of pores, pores located at the Cu/Cr interfaces, and pores within the Cu matrix. The interfacial porosity represents the larger volume fraction, over 75% of the total porosity for all cases, forming a large network of interconnected pores. With the increase of final density, the Cu-matrix becomes nearly fully dense while interfacial pores still represent the largest fraction decreases in size and volume. These interfacial pores networks are believed to be formed due to poor filling and packing of Cu around the percolated Cr-phase. These observations might be helpful to optimize the functional properties of Cu-Cr sintered alloys.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

آلیاژهای مبتنی بر CU-CR با محتوای CR از 5 تا 50 درصد وزنی ٪ به عنوان تماس های الکتریکی برای مداخلات خلاء برای کاربردهای ولتاژ متوسط به دلیل ترکیب عالی آنها از هدایت مکانیکی ، حرارتی و الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند.تماسهای الکتریکی Cu-CR معمولاً با فرآیندهای پخت یا ریخته گری پردازش می شوند.برای مواد مس Cu-Cr از حالت جامد ، خصوصیات فیزیکی به عنوان تابعی از محتوای CR ، مورفولوژی فاز و کسر حجم تخلخل متفاوت است.برخی از مطالعات تأثیر ویژگی های ریزساختاری آلیاژهای مس-CR با محتوای CR و مورفولوژی مختلف بر خصوصیات آنها را بررسی کرده اند.با این حال ، خصوصیات تخلخل و توزیع مکانی CR و چگونگی تأثیر آنها بر خصوصیات بدنی آلیاژها به خوبی ثبت نشده است.در این مطالعه ، ما یک توصیف سه بعدی عمیق از تخلخل و فاز CR آلیاژهای CU-25CR با استفاده از حالت جامد با سه تراکم نسبی نهایی با استفاده از توموگرافی محاسبه شده با اشعه ایکس (XCT) را گزارش می کنیم.یک الگوریتم تجزیه و تحلیل تصویر با کمک یک روش تقسیم بندی مبتنی بر یادگیری ماشین به طور خاص توسعه یافته است.نتایج نشان می دهد که برای آلیاژهای جامد CU-25CR به طور عمده دو نوع منافذ وجود دارد ، منافذ واقع در رابط های مس/کروم و منافذ موجود در ماتریس مس.تخلخل سطحی ، کسر حجمی بزرگتر را نشان می دهد ، بیش از 75 ٪ از کل تخلخل برای همه موارد ، شبکه بزرگی از منافذ به هم پیوسته را تشکیل می دهد.با افزایش چگالی نهایی ، ماتریس مس تقریباً کاملاً متراکم می شود در حالی که منافذ سطحی هنوز بیشترین کاهش در اندازه و حجم را نشان می دهد.اعتقاد بر این است که این شبکه های منافذ سطحی به دلیل پر شدن ضعیف و بسته بندی مس در اطراف فاز CR فروخته شده شکل می گیرند.این مشاهدات ممکن است برای بهینه سازی خصوصیات عملکردی آلیاژهای سینتر شده Cu-CR مفید باشد.