РОЗДІЛ 2
ЗАГАЛЬНА МЕТОДОЛОГІЯ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Загальна методологія досліджень
Відповідно до переліку завдань, сформованого в розділі 1 загальна методологія
проведення досліджень відображена на рис. 2.1.
Більш деталізований алгоритм тієї частини досліджень, які стосуються
безпосередньо технології модифікації поверхні АТР, показано на рис. 2.2 [797].
Загальна особливість методології досліджень полягає насамперед у послідовному
формуванні падаючого потоку (контрольна точка цієї фази полягає в співставленні
результатів розрахунків густини потоку заряджених часток з відповідними
електричними характеристиками реальних електричних розрядів в газі (ЕРГ);
вивченні енергетики та складу падаючого потоку (з врахуванням і нейтральних
часток); створенні моделі взаємодії падаючого потоку з металевою поверхнею в
першу чергу з енергетичних позицій (контрольна точка – співставлення реального
фазового складу модифікованої поверхні, характеру впливу початкових параметрів
технологічного режиму на нього з показниками, розрахованими на основі положень
теорії). Окрім того передбачається розглянути питання, пов’язані з реальним
застосуванням технології, включаючи і економічні аспекти.
2.2. Методики досліджень
2.2.1. Ширина ОКП. Найбільш визначальні для модифікації поверхні металів
процеси проходять в ОКП. Для формування геометричної моделі ОКП насамперед
необхідна методика чи дані для визначення її ширини д. Цей параметр
експериментально встановлювався для реальних режимів технологічних процесів
шляхом фіксації межі катодного свічення з боку катода, яка чітко відрізняється
від попереднього катодного темного простору і саме є кінцем ОКП [806]. Схема
системи для вимірювання ширини ОКП показана на рис. 2.3. Дослідна деталь 1, на
якій відсутні концентратори поля, з точно відомою активною площею поверхні, що
забезпечує можливість контролю густини струму, за допомогою підвіски 2
встановлена в розрядній камері 3. При виникненні розряду навколо деталі
утворюється область катодного падіння напруги 4, яскравість свічення якої здовж
координати поля нерівномірна і якісно відповідає графіку 5. Початок катодного
свічення зі сторони катода – найбільш яскравий, різко відділений від
попередньої зони, тому чітко відслідковується через ілюмінатор 7 оптичною
системою 6. Так само чітко візир оптичної системи можна навести на край деталі.
Переміщення прицілу виконуються поперечним супортом 8 за допомогою гвинтового
пристрою 9 і фіксуються з точністю 0,001 мм індикатором 10.
Послідовність обробки даних експериментів полягала в наступному. Для кожного з
експериментів в різних умовах (склад середовища, температура, тиск, напруга)
встановлювалась залежність від густини струму виду
, (2.1)
при цьому кореляційне відношення коливалось в межах 0,89...0,912. Далі для
кожного складу газового середовища залежності типу (2.1) групувались з метою
одержання формул впливу тиску р на ширину ОКП, які мали загальний вигляд
.
Вплив абсолютної температури по шкалі Кельвіна Т встановлювався двома
варіантами методик. У першому визначались залежності ширини ОКП від температури
при постійному тискові, потім вводилась поправка на зміну тиску. Повний
температурний коефіцієнт визначався як добуток температурного коефіцієнта та
поправки на тиск, які в загальній формі мали вигляд
,
По другому варіанту у зв’язку з незначною різницею в крутизні лінійних
залежностей температурних коефіцієнтів при зміні тиску обробка велась по
значеннях, опосередкованих з масиву даних при різних тисках, тому температурний
коефіцієнт визначається зразу та має вигляд
Вид залежності підбирався таким, щоб константи a, b, c, d, f, k, m, n, r з
усіма індексами визначались при кореляційних відношеннях не гірше 0,95. Кінцеві
результати по обох методиках врахування температури відрізнялись незначно,
проте другий варіант був суттєво простішим, тому він і прийнятий в остаточній
редакції аналітики визначення ширини ОКП. Далі одержані результати порівняні
між собою з метою находження параметра, який дозволяв би вивести універсальні
для всіх видів газових середовищ залежності. В значній мірі всі процеси в ОКП
формуються насамперед завдяки іонізаційним явищам, тому логічно було б
застосувати як універсальний аргумент функцій характеристику, яка і визначає
інтенсивність цих процесів. Проте спроби використати в цій якості газокінетичні
перетини компонентів не дали більш-менш надійних кореляційних показників, що в
принципі може пояснюватись тільки побічним впливом газокінетичного перетину на
імовірність іонізації. В той же час була встановлена можливість введення нового
параметра уУ, який позначено терміном приведеного інтегрального перетину
іонізації та визначається
,
де - коефіцієнт об’ємної долі компонента в газовому середовищі,
і – кількість компонентів газової суміші,
уУW – інтегральний перетин іонізації для будь-якого компонента W газового
середовища,
,
уиуеW(Ve) –залежність перетину ударної іонізації електроном будь-якого
компонента газової суміші від середньої швидкості (відповідно – енергії)
електрона (коефіцієнт 1026 введено для того, щоб дані були зручнішими в
подальшій обробці, і передбачає, що перетин ударної іонізації визначається в
м2).
Обробка відомих величин перетинів іонізації [613-615, 681, 697, 700] дає
значення інтегральних та, відповідно, приведених інтегральних перетинів ударної
іонізації для окремих компонентів та типових газових середовищ (позначення
середовища складається з позначення хімічного елемента та цифр після нього, які
відповідають об’ємному вмісту компонента в процентах): N100 – 30,81; Ar100 –
41,97; N25Ar75 – 39,18; N50Ar50 –