Характеристики плазменной электротермической установки с жидкими электродами : Электролиты с добавлением неорганических и органических примесей Галимова, Руфина Камилевна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Современная техника требует развития методов создания материалов с заданными свойствами и оптимальной для целей их применения структурой. Перспективным направлением в решении этих вопросов является применение в технологических процессах низкотемпературной плазмы (Т_В<10⁵К).В последние годы, благодаря широким возможностям применения, особый интерес представляют нетрадиционные источники плазмы, в которых одним из электродов является электролит-плазменные электротермические установки с жидкими электродами (ПЭТУ).ПЭТУ позволяют оптимально применять парогазовый разряд между твердым металлическим электродом и жидким неметаллическим электродом (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей) при модификации токопроводящих и токонепроводящих материалов с любыми физико-механическими свойствами с целые улучшения их эксплуатационных свойств ( прочностные, антикоррозионные и т.д. ). Однако, несмотря на обширные возможности применения парогазовых разрядов с жидкими электродами, физика протекавщих в чих процессов только начинает развиваться. Все это определяет актуальность накопления экспериментальной информации по исследовании характеристик и расширения понимания физики разряда между твердым металлическим и жидким неметаллическим (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей) электродами, создания и внедрения в промышленность плазменных электротермических установок, разработки технологий с использованием парогазовых разрядов с жидкими электродами.

Цель работы.Установление закономерностей поддержания парогазового разряда между твердым металлическим электродом и жидким неметаллическим электродом (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей),разработка и создание плазменной электротермической установки для очистки и полировки поверхностей металлических изделий с последующим использованием результатов обработки в производстве, определение технологических параметров обработки поверхностей твердых тел, поиск оптимального диапазона изменения характеристик парогазового разряда при очистке и полировке поверхностей твердых тел. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать экспериментальный комплекс для исследования характеристик парогазового разряда между твердым металлическим и жидким неметаллическим электродами (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей) в диапазоне Р=665-10⁵ Па, тока разряда 1р от 0,1 до 6 А и 1= 1-100 мм.

2. Экспериментально исследовать особенности парогазового разряда с жидкими электродами (электролиты с добавлением неорганичес-шх и органических примесей), вольт-амперные характеристики (ВАХ)

парогазового разряда, анодное и катодное падение потенциала, плотности тока на электродах.распределение потенциала в объеме электролита, распределения напряженности электрического поля и плотности тока на поверхности электролита.

3. Критериально обобщить результаты исследований электрических характеристик разряда для расчета ПЗТУ с жидкими электродами.

4. Провести ЯМР-радиоспектрометрические исследования воздействия парогазового разряда на жидкость.

5. На основе экспериментальных исследований предложить качественную физико-химическую модель парогазового разряда с жидким неметаллическим катодом и физическую модель процесса обработки поверхностей твердых тел парогазовым разрядом.

6. Разработать и создать опытно-промышленную ПЗТУ с жидким электродом (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей) для обработки поверхностей изделий при атмосферном давлении.

7. Создать диагностический комплекс, позволяющий получать информацию о параметрах технологического процесса и характеристиках разряда при очистке и полировке поверхностей металлических изделий.

8. Определить параметры обработки поверхностей металлических изделий.

Научная новизна. Впервые в критериальной форме обобщены электрические характеристики парогазового разряда с жидким катодом из водных растворов с добавлением органических примесей. На основе экспериментальных измерений распределения потенциала на поверхности электролита рассчитаны распределения компонент напряженности электрического поля и плотности тока на поверхности электролита. Проведены ЯМР-радиоспектрометрические исследования воздействия плазмы парогазового разряда с жидким катодом на обрабатываемую жидкость. Разработана и создана опытно-промышленная плазменная электротермическая установка с жидким неметаллическим электродом ( электролиты с добавлением неорганических и органических примесей ) для обработки материалов при атмосферном давлении. Созданы и апробированы способы очистки и полировки поверхностей деталей.Установлены оптимальные режимы установки,при которых шероховатость снижается на 0,5 - 1 класс. Предложены качественная физико-химическая модель поддержания парогазового разряда с жидким катодом и физическая модель процесса обработки поверхностей металлических изделий.

Практическая ценность. Новые данные, полученные в результате экспериментальных исследований, дополняют уже имеющуюся информацию о парогазовых разрядах с нетрадиционными электродами, расширяют

представления о физике этих разрядов, способствуют дальнейшему систематическому изучению таких систем с точки зрения технологического применения. Результаты данных исследований могут быть использованы при разработке и расчете плазменных электротермических установок.

Работа выполнялась по госбюджетной тематике в соответствии с межвузовской научно-технической программой " Фундаментальные исследования в области прикладной физики и математики в технических ВУЗах России (Физмат) " (Раздел:"Взаимодействие интенсивных потоков энергии с веществом"), программой "Университеты России", по единому заказ-наряду 3 "Исследование взаимодействия парогазового разряда с поверхностью твердых тел".

На защиту выносятся.1. Результаты экспериментальных исследований парогазового разряда между твердым металлическим и жидким неметаллическим электродами (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей) в диапазоне Р=665 -10⁵ Па, 1_р от 0,1 до 6 к, 1= 1-100 им:закономерности зажигания и горения,структура и вид разряда, его ВАХ, анодное и катодное падения потенциала, плотности тока на электродах,распределение потенциала в объеме электролита,распределение компонент напряженности электрического поля и плотности тока на поверхности электролита, результаты критериального обобщения электрических характеристик разряда, позволяющие рассчитывать параметры электротермических установок.

2. Результаты ЯМР-¹ Н исследования жидкости, обработанной парогазовым разрядом с жидким катодом.

3. Способ очистки и полировки поверхности твердого металлического анода парогазовым разрядом с жидким катодом.

4. Способ очистки и полировки поверхности металлического изделия, погруженного в электролит, парогазовым разрядом с жидким катодом.

5. Результаты исследований параметров обработки поверхностей металлических изделий.

6. Разработанная и созданная опытно-промышленная плазменная электротермическая установка с жидкими электродами (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы по очистке и полировке металлических изделий использованы в цехе радиовещания и звукозаписи Гостелерадиовещательной компании "Татарстан".

Соответствующие акты об использовании результатов работы приложены к диссертации.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на республиканской научной и научно-технической конференциях С г. Ка-зань-1994 г.,1996 г. ), на Всероссийских научно-технических конференциях ( г. Саранск-1993 г..г.Самара-1994 г. ), на международных научно-технических конференциях и семинаре ( г.Нинск-1994 г.,г.Ка-зань-1996 г.,г.Наб.Челны-1997 г..г.Севастополь-1997 г. ).

Публикации. По результатам работы опубликовано 3 статьи в центральной периодической печати, 2 статьи в сборнике " Вестник КГТУ " и тезисы 10 докладов, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 96110439/02 " Способ очистки поверхности изделия, его вариант " ( приоритет от 23.05.96 ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы.Полный объем диссертации-202 страницы, основного текста-115 страниц, рисунков-63, 7 таблиц.