Плазма ВЧИ-разряда при взаимодействии со струйным жидким электродом и изделием 3D-печати Труды МАИ: электрон. журнал.

Авторы

Каюмов Р. Р.¹, Абдуллин И. Ш.², Гайсин А. Ф.^1*, Гайсин Ф. М.¹, Фахрутдинова И. Т.¹

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
2. Казанский национальный исследовательский технологический университет, ФГБОУ ВО КНИТУ, ул.К.Маркса, 68, Казань, Республика Татарстан, 420015, Российская Федерация

*e-mail: almaz87@mail.ru

Аннотация

В работе представлены результаты экспериментального исследования струйного высокочастотного индукционного разряда пониженного давления при взаимодействии с жидким электродом и поверхностью металлического образца, изготовленного методом аддитивного производства. Рассмотрены гидродинамические и электрофизические условия формирования плазменно-жидкостного разряда в системе жидкая струя – плазма – твёрдое тело. Показано, что изменение давления в диапазоне 0,1–0,7 кгс/см² приводит к существенному изменению скорости истечения струи и режима её течения, что оказывает определяющее влияние на структуру и устойчивость разряда. Установлено, что электрическая мощность струйного ВЧИ-разряда при фиксированном давлении возрастает нелинейно с увеличением тока и достигает значений порядка 1 кВт. Исследована морфология поверхности образцов до и после плазменно-жидкостной обработки; показано снижение параметров шероховатости и повышение класса чистоты поверхности по ГОСТ. Выявлено изменение смачиваемости поверхности, сопровождающееся увеличением краевого угла, а также рост микротвёрдости поверхностного слоя более чем на 10 %. Полученные результаты свидетельствуют о возможности контролируемой модификации морфологических, межфазных и механических свойств поверхности аддитивно изготовленных металлических изделий с использованием струйного ВЧИ-разряда. 

Ключевые слова:

струйный ВЧИ-разряд; плазменно-жидкостная обработка; жидкий электрод; аддитивное производство; гидродинамика струи; электрофизические характеристики

Список источников

1. Райзер Ю.П., Шнейдер М., Яценко Н.Н. Высокочастотный ёмкостный разряд: физика, техника эксперимента, приложения. М. : Наука, 1995. 320 с. 
2. Влияние параметров разряда с жидким электродом на свойства образующихся частиц ферримагнитного материала / Л.М. Котляр, Е.А. Кочнева, Г.Ю. Шакирова, Т.Е. Заборовски // Физика и химия обработки материалов. 2015. № 5. С. 83–88. 
3. Кинетика искровых разрядов на жидком электроде / А.М. Орлов, И.О. Явтушенко, О.Г. Рынкова, Д.С. Боднарский // Физика и химия обработки материалов. 2016. № 2. С. 83–90. 
4.  О динамике развития и результатах действия электрического разряда в водной среде / А.В. Хлюстова, Н.А. Сироткин, А.В. Агафонов, М.А. Степович, М.Н. Шипко // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2023. № 2. С. 57–62. 
5. Тазмеев Г.Х., Тазмеев А.Х., Тазмеев Х.К. Особенности протекания тока в разряде с жидким катодом, приготовленным из водного раствора хлорида натрия // Прикладная физика. 2023. № 3. С. 33–38. 
6. Получение фитоактивных продуктов путём газоразрядной обработки водной суспензии хитозана / И.К. Наумова, В.А. Титов, А.В. Хлюстова, А.В. Агафонов // Прикладная физика. 2023. № 5. С. 84–90. 
7. Баринов Ю.А., Школьник С.М. Разряд с жидким неметаллическим катодом (водопроводная вода) в потоке воздуха атмосферного давления // Журнал технической физики. 2016. Т. 86, № 11. С. 155–158. 
8. Создание неравновесной плазмы в гетерофазных средах газ – жидкость при атмосферном давлении и демонстрация её возможностей для стерилизации / Ю.С. Акишев, М.Е. Грушин, В.Б. Каральник и др. // Физика плазмы. 2006. Т. 32, № 12. С. 1142–1152. 
9. Кинетика двухфазных газожидкостных сред в процессах электролиза / Р.Н. Кашапов, Л.Н. Кашапов, Н.Ф. Кашапов, В.Ю. Чебакова // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59, № 6. С. 869–876. 
10. Сироткин Н.А., Титов В.А. Экспериментальное исследование нагрева жидкого катода и переноса его компонентов в газовую фазу под действием разряда постоянного тока // Прикладная физика. 2016. № 6. С. 25–31. 
11. Гайсин Ал.Ф., Сон Э.Е., Петряков С.Ю. Высокочастотный ёмкостный разряд с проточными жидкими электродами при понижении давления // Физика плазмы. 2017. Т. 43, № 7. С. 625–633. 
12. Гайсин Ал.Ф., Гильмутдинов А.Х., Мирханов Д.Н. Электролитно-плазменная обработка поверхности детали, изготовленной с применением аддитивной технологии // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 2. С. 69–74. 
13. Гайсин Ал.Ф. Исследование воздействия низкотемпературной плазмы парогазовых разрядов с электролитическими электродами при пониженном давлении на изделие сложной геометрической формы // Физика и химия обработки материалов. 2016. № 3. С. 22–26. 
14. Панов В.А., Савельев А.С., Куликов Ю.М. Направленный электрический разряд в воде по каналу с ионами соли NaCl // Прикладная физика. 2025. № 6. С. 38–43. 
15. Анализ течений при лазерно-акустической обработке нержавеющей стали AISI 316L / С.А. Никифоров, И.В. Шварц, А.Х. Гильмутдинов, А.И. Горунов // Вычислительная механика сплошных сред. 2024. Т. 17, № 2. С. 133–142.

Скачать статью