Содержание
Принятые обозначения Введение 5 6
Глава 1 Обзор и анализ современного состояния исследований
электрического разряда 10
1.1. Современное состояние исследований газового разряда с
жидкими электродами 10
1.2. Особенности электрического разряда между твердыми и
жидкими электродами 12
1.3. Современное состояние исследования многоканального разряда со струйным электролитическим
анодом 17
1.4. Перспективы применений электрического разряда с
электролитическими электродами 23
1.5. Постановка задачи 28
Глава 2 Экспериментальная установка и методика измерений 31
2.1. Функциональная схема экспериментальной плазменной
установки 31
2.2. Высоковольтная экспериментальная установка (выходное
напряжение до 4000 В и при токе 10 А) 35
2.3. Высоковольтная экспериментальная установка (выходное
напряжение до 1500 В и при токе 1,5 А) 38
2.4. Вакуумная система экспериментальной установки 41
2.5. Электролитическая ванна 43
2.6 Измерительная аппаратура и методика проведения
экспериментов, и оценка точности измерений 43
2
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при
атмосферном и пониженном давлении 45
3.1. Формы электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при
атмосферном и пониженном давлении 45
3.1.1. Формы многоканального разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при
атмосферном давлении 46
3.1.2. Формы электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при
пониженном давлении 57
3.2. Развитие электрического разряда между капельным электролитическим анодом и пористым катодом при
пониженном давлении 64
3.3. Вольтамперные характеристики электрического разряда между электролитом и пористым материалом при
атмосферном и пониженном давлениях 66
І 3.3.1 Вольтамперные характеристики многоканального разряда между струей электролита и пористым материалом при
атмосферном давлении 66
3.3.2. Вольтамперные характеристики тлеющего разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом
при пониженом давлении 68
3.3.3. Вольтамперные характеристики многоканального разряда между капельным электролитическим анодом и пористым
катодом при атмосферном давлении 69
з
3.4. Распределение температуры вдоль струйного
электролитического анода и пористого катода 71
3.5. Гистограммы распределения значения напряжения и тока
разряда 75
Глава 4 Устройства для получения электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым
катодом 76
4.1 Устройство для получения электрического разряда со
струйным электролитическим анодом 76
4.1.1 Устройство для получения электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом
при атмосферном давлении 79
4.1.2. Устройство для получения электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом
при пониженных давлениях 81
4.2 Упрочнение поверхности меди при атмосферном и
пониженном давлении 83
4.3. Очистка поверхности меди электрическим разрядом при 84
атмосферном и пониженом давлении
4.3.1 Очистка поверхности меди многоканальным разрядом при 84
атмосферном давлении
4.3.2 Очистка поверхности меди тлеющим разрядом при
пониженом давлении 85
4.4 Регрессивная зависимость получения очистки
технологического процесса 86
Выводы . 89
Список использованной литературы 91
Примечание 101
4
Принятые обозначения
I - сила тока разряда;
V - напряжение разряда;
О - расход электролита; с!с - диаметр струи;
1С - длина струи;
1К - расстояние от конца металлической или диэлектрической трубки до поверхности электролита;
Т - температура струйного электролита;
/ - время обработки детали, изделия, заготовки; с1п - диаметр поры;
V - скорость струи;
Р - давление.
Сокращения •
ВАХ - вольтамперная характеристика;
МР - многоканальный разряд;
ТР - тлеющий разряд;
ПРК - пористый катод;
АС - анодное свечение;
5
ВВЕДЕНИЕ
Электрические разряды в газе между металлическими электродами изучены достаточно хорошо. Наряду с изучением разрядов в газе между твердыми электродами большой интерес представляют разряды с электролитическими электродами. В последние годы наметились новые перспективные направления применения электрического разряда между электролитическим и твердым электродами в машиностроении и плазмохимии. В связи с этим большое внимание уделено исследованию и применению электрических разрядов между твердым и жидкими электродами. Одним из новых методов: получения неравновесной низкотемпературной плазмы при атмосферном и пониженном давлениях является использование электролитического разряда, возникающего между струйным электролитическим анодом и пористым катодом (ПРК). Неравновесная низкотемпературная- плазма электрического разряда с электролитическими электродами имеет множество эффектов, полезных с точки зрения технологических применений: очистка и полировка твердых металлических поверхностей; одностадийное получение мелкодисперсного порошка из углеродистых и инструментальных сталей при атмосферном давлении; синтез органических соединений в растворах электролитов, очистка воды и стерилизация растворов и изделий. Изучение электрических разрядов в пористых материалах имеет важное практическое значение. Электрические разряды между струйным электролитическим анодом и пористым катодом, как при атмосферном так и пониженных давлениях практически не изучены. Не установлены характеристики и формы разрядов- между струйным электролитическим анодом и пористым катодом. Не исследовано взаимодействие плазмы электрического разряда на 1ранице раздела струи и пористого материала. Все это задерживает разработку плазменных установок между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при атмосферном и
6
пониженных давлениях и их внедрение в производство. В связи с изложенным экспериментальное исследование электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при атмосферном и пониженных давлениях является актуальной задачей.
Актуальность исследований в этом направлении обуславливается целым рядом причин: дешевизной электролитов, высокой степенью чистоты технологических процессов с применением неравновесной плазмы парогазового разряда с электролитными электродами и др.
В настоящее время практически отсутствуют систематические экспериментальные исследования электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом. Существующие устройства и способы получения парогазового разряда с электролитическими электродами имеют ограниченные возможности. Данная диссертационная работа, состоящая из четырех глав, посвящена решению этих задач.
В первой главе проведен анализ известных экспериментальных и теоретических исследований электрических разрядов между металлическим и электролитическим электродами, там же обсуждаются области их практических применений, сформулированы задачи диссертационной работы.
Во второй главе приведено описание экспериментальной установки. Также описывается экспериментальные установки, для получения и исследования электрического разряда между струей электролитического анода и пористого катода для различных межэлектродных расстояний при атмосферном' и пониженном давлениях. Система электрического питания предназначена для обеспечения электрического разряда и вспомогательного оборудования электрической энергией. Вакуумная система состоит из вакуумной камеры, вакуумного насоса и вакуумной
арматуры. Пористый материал заполняется исследуемыми электролитами необходимой концентрации и состава. Здесь же приводится
измерительная аппаратура, методика проведения экспериментов и оценка точности измерений.
В третьей главе представлены новые формы электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при атмосферном и пониженном давлениях. Приведены результаты исследования: вольтамперных характеристик (ВАХ) электрического
разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при атмосферном давлении; ВАХ электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при пониженном давлении; распределение температуры вдоль струйного электролитического анода; распределение величин напряжения и тока горения ТР.
В четвертой главе на основе полученных результатов разработаны и созданы устройства для получения электрического разряда между струйным электролитическим анодом и пористым катодом при атмосферном и пониженном давлениях. Разработана методика очистки и упрочнения меди.
Научная новизна исследований:
1. В результате экспериментального исследования установлены формы и особенности электрического разряда при Р =105 Па , и = 0,15-Ю,95 м/с:
- многоканальной формы на поверхности и внутри пористого материала;
- переход многоканального разряда в объемный внутри пористого
материала при (У =1014 В, /с =40 мм, с!с-Ъ мм, С? =5 г/с:
8
- Київ+380960830922