автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя

кандидата технических наук
Герасимов, Дмитрий Юрьевич
город
Томск
год
2005
специальность ВАК РФ
05.14.12
цена
450 рублей
Диссертация по энергетике на тему «Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя»

Автореферат диссертации по теме "Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя"

На правах рукописи

Герасимов Дмитрий Юрьевич

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫЙ ИЗНОС КАНАЛА КОАКСИАЛЬНОГО МАГНИТОПЛАЗМЕННОГО УСКОРИТЕЛЯ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2005

Работа выполнена в научно-исследовательском институте высоких напряжений при Томском политехническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Сивков Александр Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Усов Юрий Петрович

канЛид$г фкзи^о-МатеМатичеЬких наук Буркин Виктор Владимирович

Ведущая организация: Московский гс>сударс+веНнык йнжене^но-физичеЬкий институт (технический университет), г. Москва.

Защита состоится «2^7» Ъ(ИСОЬр£( 20()5 г. в чЬсов на заседании диссертацконного Совета К 212.269.02 в Томском политехническим унийЬрсйтеЬ по адресу: 634050, г.Томск, пр Ленина, 2а, НИИ высоких напряжений, ауд. 312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «25» НОР&рЯ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудникЧ^ЩчХзА М.А. Соловьев

гъ&оъ^

но

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значимость проблемы гиперскоростного ускорения плазмы, микро- и макротел обусловлена его использованием в самых современных и перспективных областях физики и новейших технологиях, в том числе технологиях двойного назначения. Характерной особенностью кондукционных электродинамических ускорителей с плазменным поршнем является сильная электрическая эрозия поверхности электродов в ускорительном канале (УК). В первом приложении - электродинамическом ускорении электроэрозионной плазмы с целью получения ультрадисперсных порошков металлов и некоторых соединений, и нанесения различных функциональных покрытий - это явление носит позитивный характер. На нем основывается работа так называемых эрозионных электромагнитных ускорителей (ЭМУ). Получение рабочего материала эрозионным путем с поверхности электродов в процессе рабочего цикла является их отличием и преимущес!-вом перед другими типами ЭМУ, например, электротермическими. Во втором приложении - электромагнитном высокоскоростном метании макротел, электрическая эрозия поверхности электродов является принципиально негативным явлением, борьба с которым является одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками ЭМУ макротел и перспективных систем кинетических вооружений на новых физических принципах. Электроэрозионный износ поверхности электродов в УК препятствует получению высоких, теоретически прогнозированных, скоростей метания из-за накопления и вовлечения в движение большой паразитной эродированной массы, а так же исключает повторное использование УК.

Эти особенности присущи как рельсовым ускорителям (РУ), так и коаксиальным ускорителям (КУ) с сильноточным разрядом типа г-пинч. Не является исключением и гибридный коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ), рассматриваемый в настоящей работе. В отличие от РУ и традиционных Z-пинч ускорителей гибридный КМПУ имеет более высокую эффективность преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию ускоряемой массы и электроэрозионной наработки рабочего материала.

В связи с этим исследование электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ является актуальной задачей.

Цели работы и задачи исследований. Цель работы заключается в установлении основных закономерностей динамики ускорения и электроэрозионной наработки рабочего материала с поверхности УК КМПУ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование динамики ускорения электроэрозионной плазмы и дифференциального электроэрозионного износа по длине УК.

2. Определение наиболее значимого фактора и основных закономерностей интегрального электроэрозионного износа в зависимости от энергетических и конструктивных параметров КМПУ.

3. Повышение эффективности КМПУ за счет оптимизации системы электромагнитного взаимодействия.

4. Поиск возможностей снижения электроэрозионного износа поверхности УК.

Работы по теме выполнялись в рамках следующих научно-технических программ:

1. Сотрудничество Министерства Образования РФ и Министерства Обороны РФ по направлению "Научно-инновационное сотрудничество" по теме: «Создание высокоэффективной гибридной электромагнитной системы гиперскоростного метания масс», 2002-2003 гг.

2. Министерство Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". Подпрограмма (202): "Новые материалы". Проект 202.05.02.034. «Разработка научно-технических основ динш№ааЖЙШ_синтеза сверхтвердых материалов и получение покрытий на их основе»,: 0вВ*\

3

тт

»

3. Министерство Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". «Исследование взаимодействия сильноточного дугового разряда с конденсированными средами при высоких динамических нагрузках и в сильных магнитных полях», 2003 г.

4. Министерство Образования РФ: Санкт-Петербургский государственный университет. «Исследование процесса электроэрозионной наработки материала с поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения функциональных покрытий на металлические поверхности», 2004 г.

5. Министерство Образования и науки РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". «Исследование явления сверхглубокого проникания вещества гиперзвуковой струи коаксиального магнитоплазменного ускорителя в металлические преграды», 2005 г.

Научная новизна. В работе проведены исследования и получены следующие результаты:

1. Установлена связь между волновой неустойчивостью скорости плазменного течения в УК КМПУ с волновой неравномерностью электроэрозионного износа поверхности УК

2. Установлены закономерности влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на интегральную величину электроэрозионного износа поверхности УК.

3. Найдены возможности снижения электроэрозионного износа поверхности УК.

4. Установлены особенности влияния электромагнитной системы КМПУ на динамику ускорения и электроэрозионный износ поверхности УК.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Волнообразная неравномерность электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ обусловлена волновой неустойчивостью скорости плазменного течения в УК, вызванной установлением квазистационарного гиперзвукового течения с характерной "бочкообразной" ударно-волновой структурой в соответствии с основными газодинамическими закономерностями гиперзвуковых течений.

2. Интегральный электроэрозионный износ поверхности УК определяется величиной подведенной энергии. Обобщающая зависимость удельного интегрального электроэрозионного износа m/W от удельной подведенной энергии W/V,K носит линейный характер в диапазоне изменения энергии от 20 до 200 кДж.

3. Существенное снижение эрозионного износа обеспечивается введением в плазму разряда углерода, бора, кремния (подтверждено патентом РФ). Этот эффект усиливается с уменьшением потенциала ионизации вещества добавки.

4. Максимальная эффективность использования энергии на электроэрозионную наработку материала достигается при: встречном направлении аксиального магнитного поля внешней индукционной системы, с короткозамкнутым витком на выходе соленоида и при минимально возможном экранировании УК цилиндрической стенкой ствола.

Практическая значимость результатов работы. Совокупность полученных результатов представляет собой научно-технические основы способа, который ляжет в основу создания новых технологий нанесения функциональных покрытий на твердые поверхности и получения новых сверхтвердых материалов. Наиболее перспективным направлением практического использования представляется:

1. Нанесение медных покрытий на металлические контактные поверхности с целью согласования контактных пар и снижения переходного сопротивления.

2. Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на рабочие поверхности электродов электроразрядных устройств с целью повышения стойкости к внешним воздействиям и электроэрозионной стойкости.

3. Получение сверхтвердых материалов на основе: W, Ti, AI, Si, В и нанесение сверхтвердых покрытий на их основе на металлические поверхности с целью:

4

• получения твердосплавного слоя (в виде покрытия) на режущие поверхности металлообрабатывающего лезвийного инструмента;

• поверхностного упрочнения пластин средств индивидуальной броневой защиты.

4 Полученные результаты используются при разработке электромагнитных ускорителей макротел с целью повышения эффективности метания и ресурса ствола.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах и конференциях:

• "KORUS-2003". Proceedings the 7th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. - Republic of Korea, Ulsan. The IEEE. 28 June - 6 July 2003;

• IV International Conference Plasma Physics and Plasma Technology Contributed Papers. Minsk, Belarus. 15-19 September 2003;

• Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии. Материалы II Всероссийской конференции молодых ученных. Томск: ИФПМ СО РАН, 2003;

• Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 9-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск, 2003;

• Современные техника и технологии. Х-Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск. 29 марта - 2 апреля 2004;

• "KORUS-2004". Proceedings the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Tomsk. 26 June - 3 July 2004;

• 13й1 International Symposium on High Current Electronics. Proceedings Edited by B. Kovalchuk and G. Remnev. Russia, Institute of HCE Tomsk. 25-29 July 2004;

• European Pulsed Power Symposium. Hamburg-Germany DESY. 20-23 September 2004;

• Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 10-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск, 2004;

• Современные техника и технологии. XI-Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых. Томск. 28 марта - 1 апреля 2005;

• "KORUS-2005". Proceedings the 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology. Russia, Novosibirsk. 26 June - 2 July 2005.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 26 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, и получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 190 стр., состоит из введения, 6 глав, заключения, списка используемой литературы (158 наименований) и приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, изложена научная новизна, определены защищаемые положения и показана практическая значимость результатов.

В первой главе рассмотрены и проанализированы литературные данные по электродинамическим ускорителям, электрической эрозии электродов и динамике ускорения плазменного поршня. Сформулированы наиболее актуальные задачи, требующие решения, как для разработки электроэрозионных ускорителей, так и для совершенствования ускорителей макротел.

Во второй главе рассмотрено устройство и принцип действия КМПУ в режиме ускорения элекгроэрозионной плазмы при электропитании от высоковольтного емкостного накопителя энергии С (рис.1). Подводимая к ускорителю энергия W менялась путем изменения зарядного напряжения U^ до 4 kB и емкости С конденсаторной батареи до 48 мФ. С целью сохранения условий ввода энергии изменение W производилось путем отсечки

Рис. 1. Схема, устройство и принцип действия коаксиального магнитоплазменного укорителя: а)исходное состояние, б)работа ускорителя. 1 .Центральный электрод 2.Электрод-ствол. 3.Изолятор центрального электрода. 4.Электровзрывающиеся проводники. 5.Индуктор (5'-контактный цилиндр, 5"-соленоид, 5"'-контактный фланец) 6.Заглушка. 7.Корпус. в.Изоляция (стеклоэпоксидннй компаунд). 9.Электрод шунтирующей цепи. Ю.Мишень-подложка. 11 .Плазменная структура сильноточного разряда (11'-плазменный жгут-г пинч, 11 "-круговая плазменная перемычка). ВФУ-1 -Камера высокоскоростной фотоустановки.

Рис.2. Осциллограммы и(0 И ¡(1) плазменных выстрелов: 1-при полном импульсе тока; 2-е шунтированием разряда в УК; ^-момент электровзрыва проводников; ^-момент выхода головной ударной волны из УК; 13-момент пробоя шунтирующего промежутка; ^-момент прекращения тока разряда в УК.

хвостовой части импульса тока с помощью системы шунтирования разряда 9 (рис.1). В экспериментах регистрировались рабочий ток ОД и напряжение на электродах Ь!(0. V/ определялась интегрированием кривой мощности. Динамические параметры ускорения плазменной структуры в УК и гиперзвуковой струи в свободном пространстве определялись с помощью высокоскоростной кадрированной фотосъёмки на ВФУ-1 соответственно в срез ствола и в профиль (рис.1).

В исходном состоянии вершина центрального электрода 1 (рис. 1а) электрически соединена с поверхностью УК пучком электровзрывающихся проводников (ЭВП) 4. Такая конструкция узла центрального электрода и конфигурация ЭВП обеспечивают формирование плазменной структуры (ПС) высоковольтного сильноточного дугового разряда типа г-пинч 11 (рис 16) с круговой плазменной перемычкой 11'. Для усиления стартовой динамики за счет электротермохимического преобразования энергии канал формирования плазменной структуры (КФПС) в изоляторе у вершины центрального электрода заполняется водородонасыщенным газогенерирующим веществом (11 В), например, техническим вазелином или трансформаторным маслом. В момент времени 1 = 0 замыкания цепи электропитания (рис. 1а) по ускорителю начинает протекать рабочий ток ОД (рис.2). В момент ^ принятый за начало работы ускорителя, происходит электровзрыв проводников 4, сопровождающийся элекгровзрывным импульсом напряжения. По мере формирования плазменной структуры напряжение снижается до уровня дуговой стадии, и происходит ограничение скорости нарастания тока. Расширение разогретых газообразных продуктов термического разложения ГТВ задает начальную динамику ускорения 1фуговой плазменной перемычки 11" (рис.16), за которой вытягивается токоведущий плазменный жгут 1 Г. Устойчивое компактное состояние ПС обеспечивается суммарным магнитным полем собственного тока и аксиальным внешним магнитным полем (ВМП) соленоида индукционной системы. В такой коаксиальной магнитоплазменной системе на ПС действует ускоряющаяся электродинамическая сила Лоренца. Высокоэффективное ускорение плазмы до гиперзвуковых скоростей обеспечивается в режиме нарастающего тока (рис.2) Головная часть ПС выходит из ствола в момент 12. На осциллограммах (рис.2) видно срабатывание системы отсечки хвостовой части импульса тока в момент времени Его можно регулировать положением шунтирующего электрода относительно среза ствола.

В процессе работы КМПУ в разряде накапливается и вовлекается в течение масса материала, эродированного с поверхности УК. Этот материал выносится струей из УК и является основой для нанесения покрытия на мишень-подложку 10 (рис.1а).

В третьей главе рассмотрены динамика ускорения и дифференциальный электроэрозионный износ поверхности УК КМПУ. Особенность методики, выбранной для изучения динамики головной части ПС, заключалась в том, что высокоскоростная кадрированная фотосъемка процесса производилась в срез ствола КМПУ. На типичной фотограмме съемки в срез ствола (рис.3) видны основные моменты и этапы ускорения фронта ПС. Условия эксперимента: материал УК - нержавеющая сталь 12X18Н9Т, калибр УК <1ук =24 мм, длина УК £ук=266 мм, число ЭВП п = 8 (медь, 00,5 мм, длина ЭВП 16 мм), ГТВ - технический

Рис.3. Фотограмма движения фронта ПС по УК. Д^ЮДмкс.

7

вазелин, массой 0,33 г, С = 48 мФ, изар = 3,0 кВ, внешняя среда - воздух при нормальном давлении. Фотоизображения представляют собой перспективу внутри УК, где: внутренний круг 2 - торец изолятора центрального электрода 3, внешняя окружность - срез ствола ускорителя, кольцо 1 между указанными окружностями - поверхность УК. 4 - ЭВП. Симметрично расположенные по малой окружности светлые пятна - это искрение точек контакта ЭВП с поверхностью УК. В момент ^ (кадр 4) происходит электровзрыв проводников, образуется неравномерно светящаяся круговая плазменная перемычка и начинается ее ускорение. На последующих кадрах видно увеличение ее диаметра и яркости свечения вследствие увеличения тока и приближения к объективу камеры ВФУ-1. Выход фронта ПС из УК соответствует По таким фотограммам определялся закон движения фронта ПС и характер изменения скорости движения по длине УК (рис.4а). Видно, что скорость не возрастает монотонно, а носит явно выраженный колебательный характер. Волновая неустойчивость скорости плазменной перемычки наблюдается в экспериментах с различными энергетическими и конструктивными параметрами ускорителя, в частности, при сплошном и разомкнутом токоподводящем фланце 5"'(рис.1а), в атмосферных условиях и при пониженном давлении Р = 0,1 атм. (практически двукратное увеличение скорости), при различной степени экранирования УК стенкой ствола. На интервале времени 1)42 электрическая мощность плавно нарастает и не может быть причиной колебаний скорости. Анализ полученных данных позволил сделать предположение, что в УК КМПУ при первом прохождении ПС сильноточного разряда формируется квазистационарный режим гиперзвукового течения с "бочкообразной" ударно-волновой структурой, с одним или несколькими прямыми скачками уплотнения в соответствии с основными газодинамическими закономерностями сверхзвуковых течений в каналах и соплах. В скачках уплотнения имеет место снижение числа Маха (М=и/с) и увеличение давления, плотности и температуры, и, км/с

/ \ а)

N

V

266

0 50 100

Аш, г/мм' 10-'

150

200

250 I , мм

3 г V)

4 Ч4 / __ / Чч N

гЛ >

•2М

100

150

200

250 < . мм

Рис.4. Изменение скорости фронта ПС \з(1 ) (а) и эгпоры дифференциального электроэрозионного износа Лт(7ук) (б) по длине УК. Номера соответствуют номерам опытов в таблице 1.

Рис.5. Фотограмма плазменной струи (а) истекающей из УК медного ствола и ее ударно-волновая структура (б).

Установление квазистационарного режима гиперзвукового течения подтверждается результатами съемки в профиль плазменной струи КМГГУ в свободном пространстве (рис 5), полученная в плазменном выстреле с медным стволом в следующих условиях-С=9,0 мФ, изч,=3,5 кВ, £ук=262 мм, <1ук= 12 мм. На фотограмме виден выход ПС из УК в момент 1г и постепенное формирование "бочкообразной" ударно-волновой структуры в свободном Пространстве. На отдельной фотографии (рис 56) крупно показан кадр, соответствующей вре^енц -132 мкс р момента рыхрда. На нем четко видны и условно обозначены линиями: срез УК 1; косой скачок уплотнения 2, ограничивающий зону продолжения дтвольнрго течения; висячий скачок 3; граница струи 4, ограничивающая так называемую первую "бойку"; центральный скачок 5 - "диск Маха"; граница второй "бочки" 6.

Далее рассмотрев дифференциальный электроэрозионный износ поверхности УК. Изменение толрины стенки ствола по его длине указывает на сильную неравномерность электроэрозиоцного изнора поверхности УК. Изучение элекгроэррзионного износа поверхности УК р использованием лишь данных, полученных путем определения разницы массы ствола до и после рыстреда, не дают представления ни о динамике этого процесса, ни о характере износа'по длине УК, не о полной иртеграцьнцй эрозии. Поэтому были проведены исследования дифференциального электроэрозионного износа в связи с динамикой ускорения ПС. Отработанный ствол разрезался на отрезки длиной 10-20 мм. Производилось взвешивание каждого отрезка и измерение его длины. Величина удельного дифференциального электроэроэиощгого износа, определилась пр выражению:

Д/и = -

(1)

где: то - масса кольца (длиной 1 мм) исходной трубы-ствола; - длина ¡-го отрезка разрезанного отвода; де,- масса ¡-го отрезка разрезанного'ствола; с!у1с- внутренний диаметр УК. По полученным данным стррились эпюры удельного дифференциального электроэрозионного износа по длине УК Дгп(^) (рис.4б). Величина интегрального электроэрозионного износа орределф1ас|> по выражению: '

["<*'

/Ат(.1)М

т =

(2)

Табл 1 Влияние энергетических и конструктивных параметров КМПУ

Параметры / № опыта Ед. изм. 1 , 2 3 4 5

Емкоср накопителя, С мФ 12 12 48 48 48

Зарядное напряж^ни^, U^ . кВ; . 4,0 4,0 3,0 3,0 3,0

Длина ускорительного канала, 1ук мм 271 272 272 269 266

Наружный диаметр УК, D мм 20 • 20 20 25 32

Внутренний диаметр УК, d^ мм 16 16 16 19 24

Максимальное напряжение, U^, кВ 1,86 1,84 1,78 2,08 2,19

Максимальный ток, кА 133 139 159 140 140

Подведенная энергия, W кДж 33,1 55,0 117,4 140,2 134,0

Эродированная масса, m г 0,8 3,3 37,1 34,4 15,3

Удельная эродированная масса, m/W г/кДж 0,024 0,060 0,316 0,246 0,116

Удельная подведенная энергия, W/VVK кДж/см3 0,608 1,010 2,144 1,836 1,114

Время ускорения головной части, ¿ti.2 мкс 75 75 61 69 80

Скорость на срезе УК, ис км/с 4,3 4,2 5,1 4,5 3,4

Анализ эпюр (рис.4б), соответствующих экспериментам с разными энергетическими и конструктивными параметрами КМПУ (табл.1) показывает, что износ по длине УК сильно

неравномерен и носит явно выраженный колебательный характер Износ задается при первом прохождении ПС по УК, как это видно из эпюры 1 эксперимента с шунтирование разряда после его выхода из УК. Из сравнения этор 1, 2, 3 видно, что Am увеличивается с увеличением энергии. Увеличение dylI сопровождается уменьшением Am (эпюры 3, 4, 5). Это свидетельствует о том, что в данной системе некорректно рассматривать зависимость ш от какого либо энергетического параметра, а необходимо анализировать данные экспериментов, используя удельные параметры.

Кривая и(1ук) (рис.4а) и эпюра 5 (рис.4б) получены в одном эксперименте (табл.1, опыт 5). Видно, что колебания Am(iyK) достаточно точно, но в противофазе соответствуют колебаниям u(?yJ. Начальное относительно высокое значение скорости обусловлено электровзрывом проводников 4 (рис.1) и разлетом элекгровзрывной плазмы на расстояние до 10 мм. Поэтому, в самом начале УК Am = 0. Далее плазма резко тормозится, а Am быстро увеличивается до первого максимума, примерно соответствующего по координате минимуму скорости движения плазмы. Затем, по мере роста тока в формирующемся дуговом разряде скорость начинает вновь увеличиваться, а Am соответственно уменьшаться. Координата появления второго максимума скорости так же соответствует положению второго минимума эрозии и так далее. Некоторое несоответствие экстремумов кривых v((yK) и Дш(У обусловлено погрешностью обработки данных по и и Am, а также тем, что v((yK) получена для первого прохождению плазмы по УК, в течение интервала времени tj-t2 при постоянном нарастании мощности разряда, а эпюра Am(tyK) соответствуют полному импульсу мощности. После t2 мощность увеличивается незначительно, а затем снижается до нуля Соответственно меняется скорость течения, конфигурация ударно-вояновой структуры в УК и положение прямого скачка уплотнения.

Колебания дифференциального электроэрозионного износа по длине УК обусловлены колебаниями скорости фронта ПС, которые вызваны установлением в УК квазистационарного режима сверхзвукового течения, в соответствии с газодинамическими закономерностями, с характерной "бочкообразной" ударно-волновой структурой, с одним или несколькими скачками уплотнения (дисками Маха) В них имеет место уменьшение числа Маха (скорости), увеличение плотности, температуры, теплового потока на стенку УК, и соответственно, увеличение эрозионного износа.

Четвертая глава посвящена анализу результатов экспериментальных исследований влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на величину интегрального электроэрозионного износа m поверхности УК.

В обычных электроразрядных устройствах и электродинамических РУ электрическая эрозия электродов пропорциональна величине электрического заряда \i(t)dt, перенесенного разрядом, либо интегралу действия f;!(r)rfr. В работе показано, что в КМПУ с высоковольтным сильноточным дуговым разрядом типа Z-пинч, наиболее значимым фактором, определяющим эрозионный износ поверхности УК, является величина подведенной энергии. Обусловлено это тем, что разряд, замыкаясь на центральный электрод, все время горит по всей длине УК, где и выделяется вся W, расходуемая на электроэрозионную наработку материала и ускорение. С учетом особенностей рассматриваемой системы и приведенных выше результатов, показывающих влияние геометрии УК на Am, обобщить полученные данные удается в виде зависимости удельного интегрального электроэрозионного износа m/W от величины удельной подведенной энергии W/VyK (VyK - объем УК). Зависимость для всех исследуемых материалов носит явно линейный характер (рис.6) и аппроксимируется выражением вида:

m/W = А(W/V^ ~ В) (3)

где: А - коэффициент удельного интегрального электроэрозионного износа;

В - величина критической удельной подведенной энергии. Для нержавеющей стали 12Х18Н9Т: А=0,171 г-см3/кДж2; В=0,368 кДж/см3; для меди: А=0,249 г-см'/кДж2; В=0,072 кДж/см3; доя дюралюминия: А=0,251 г см3/кДж2; В=0,0052 кДж/см3 и для титана: А=0,170 гсм3/кДж2, В=0,447 кДж/см3.

m/W, г/кДж

0.3

0.2

0.1

lj

о Jk Ъ/

••Л* 1

Jjeffl 'eiff

Аш, г/мм' 10°

0.5

1.0

1.5

w/v_

150

200

Рис.6. Зависимость m/W от W/V- 1-титан, 2-нержавеющая сталь 12Х18Н9Т, 3-медь, 4-дюралюминий.

250 ММ

Рис.7. Эпюры дифференциального износа поверхности УК: 1-титан, 2-нержавеющая сталь 12X18Н9Т, 3-медь, 4-дюралюминий

Из выражения (3) следует, что эрозия отсутствует, если W меньше критической:

W* = BVyK (4)

Это соотношение не лишено физического смысла. В эксперименте при W<W. на начальном участке поверхности УК остаются лишь следы плавления, а вынос металла отсутствует. То есть В представляет собой критическое значение удельной подведенной энергии еще не вызывающей электроэрозионного износа в силу недостаточного прогрева металлической поверхности, и зависит от физико-химических свойств материла ствола. Коэффициент А определяет наклон зависимости и динамику роста m/W с увеличением W/VJlt.

Параметры / № опыта Ед. изм. 1 2 3 4

Материал УК - титан нерж.ст медь дюрал

Длина ускорительного канала, tVK мм 274 272 267 276

Температура плавления УК, Тш, "С 1941 1530 1080 660

Максимальный ток, Imax кА 158 139 153 149

Максимальное напряжение, U^ кВ 1,7 1,8 1,3 1,4

Подведенная энергия, W кДж 60,4 50,1 43,0 44,8

Эродированная масса, m г 3,1 3,3 8,1 10,8

Удельная эродированная масса, m/W г/кДж 0,051 0,066 0,188 0,240

Удельная подведенная энергия, W/VVK кДж/см3 0,637 0,917 0,801 0,806

Анализ эпюр (рис.7) и данных табл.2 показывает, что колебательный характер Лт(£ук) сохраняются для всех рассматриваемых металлов. Крутизна эпюр на первом участке обратно пропорциональна Тга, а эродированная масса прямо пропорциональна. На эпюрах Дт(£ук) имеются участки в конце УК, на которых Дш принимает отрицательные значения. Это свидетельствует о наслоении эродированного материала на поверхность УК неподверженную эрозии. Этот факт показывает некорректность использования данных по эрозии, полученных путем взвешивания ствола до и после выстрела, так как получаемая разница является вынесенной из ствола массой, а не полной интегральной эрозией. Минимальная эродированная длина УК имеет место на медном стволе, вследствие большей теплопроводности и большего экранирующего действия.

С учетом этого в работе определены оптимальные длины УК в рассматриваемом диапазоне W=50-150 кДж, при которых наиболее эффективно используется ствол и нарабатывается до 90% материала, выносимого гиперзвуковой струей из УК■ для титана, нержавеющей стали и дюралюминия ~200 мм; для меди —150 мм.

Из рис.6 видно, что для всех рассматриваемых металлов значения В и взаимное расположение зависимостей прямо соответствует ТШ1 (табл.2), а зависимость В от Т„л аппроксимируется выражением: В = J9, • е"2 Т1. С учетом этрго и при усреднении коэффициента А получрно эмпирическое выражение позволяющее выполнять оценочные расчеты для рассматриваемо^ группы металлов:

■ m W

= 0.21

Z-10-.

V Ч УК

(5)

Скорость плазменного течения гц срезом УК во многом определяет плотность энергии в струе и на обрабатываемой поверхности, Которая в свою очередь определяет свойства и характеристики получаемых материалов и покрытий. Используемая в работе методика высокоскоростной съемки позволила определять скорость головной ударной волны на срезе ствола. Анализ полученных данных дал возможность установить связь между ис и подведенной энергией Wi (на этапе ti-t2) и получить эмпирическое выражение:

vc = 70,48[W,/(VyK-M)],,m (6)

Оно соответствует существующим предстарлением для аналогичных систем электроэрозионных ускорителей, согласно которым, скорость струи плазмы обратно пропорциональна М0'5 (М - атомная масса материала струи). Совокупный анализ данных по интегральной эрозии и скорости течения показывает, что в близких условиях проведения экспериментов увеличение W/VyK, в диапазоне qr 0,4 до 2,2 кДж/см3, сопровождается сильным увеличением m/W (0-0,3 г/кДж) и менее ощутимым ростбм скорости (4,2*5,1 км/с). Уменьшение внешнего давления (1,0-0,1 атад), при сохранении W/VyKi обеспечивает значительно большое изменение скорости (4,1-7,5 км/с), цри сравнимом значении m/W.

Таким образом, изменение скорости нц срезе ствола в диапазоне 3-11 км/с не сказывается на общей закономерности, связывающей т ц W.

Одной из орнорных проблем в создании электродинамических ускорителей макротел кондукциончого типа с плазменным поршнем является уменьшение или полное исключение электроэрозионногр износа различными способами. Решить ее пытаются путем изготовления электродов из тугоплавких материалов, с использованием композиционных материалов с введением в металл добавок в виде частиц с низким потенциалом ионизадии. В технологических ускорителях 'электроэрозирнной плазмы, такой способ дает возможность регулировать эрозионный процесс с целью получения более низкой плотности рабочего материала в струе и более высокой скорости струйного течения.

Параметры / № опыта Ед. изм. 1 2 3 4

Длина ускорительного канала, £vll мм 269,0 271,8 273,0 300,0

Внутренний диаметр УК, dVK мм 19,1 19,1 19,0 19,0

ЭАФ и его масса г - В-0,6 В-0,9 Si-0,6

Подведенная энергия, W кДж 140,0 127,0 132,6 148,8

Эродированная масса, m г 34,4 17,5 16,2 7,9

Удельная эродированная масса, m/W г/кДж 0,246 0,138 0,122 0,053

Удельная подведенная энергия, W/V™ кДж/см"* 1,836 1,632 1,714 1,750

В работе предложен способ снижения электроэрозионного износа поверхности УК. заключающийся во введении в плазму разряда эмиссионно-активной фазы (ЭАФ) углерода, бора, кремния. Эти порошкообразные вещества закладываются в КФПС в смеси с ГГВ техническим вазелином, в количестве до 1,0 г. Сравнительные эксперименты проведены на стволах из нержавеющей стали 12Х18П9Т (табл.3), гитана и меди.

Лт, г/мм110'

J/

1-12X1 2-12X1 8Н9Т, 8Н9Т с б О—-О, ором

m/W, г/кДж

0.3

0.2

0.1

/„.мм

0 50 100 150 200

Рис.8. Эпюры Лт(£ ) при введении бора в плазму разряда.

1-12X18 2-12X1 3-12X18 4-20X1Í Н9Т, Н9Т с бс Н9Т с кр Н9Т ром, емнием, у J

4

• 3 в

о 0.5 1.0 1.5 W/V , кДж/см3

Рис.9. Зависимость m/W от W/VyK для стволов из нержавеющей стали.

Из сравнения эпюр Дт(£ук) (рис.8) и данных табл.3 видно существенное уменьшение Дт и т при введении бора и кремния в плазму разряда, с усилением эффекта при увеличении массы добавки. При этом наблюдается уменьшение коэффициента А и увеличение В, как это видно по взаимному расположению зависимостей 1 (без добавок), 2 (с добавкой бора) и 3 (с добавкой кремния) (рис.9). Аналогичный эффект достигается при введении у1 -лерода в плазму разряда и использовании высокоуглеродистой нержавеющей стали 20Х18Н9Т в качестве материала ствола Такое же действие оказывают добавки С, В, в! при использовании стволов из титана и меди. Последовательное усиление эффекта снижения эрозии с применением С, В, 81, как показал Меккер, обусловлено снижением потенциала ионизации вещества добавки, и соответствешю, температуры дуги. Новизна этого технического решения подтверждена патентом РФ.

В пятой главе показаны возможности повышения эффективности электроэрозионной наработки материала за счет оптимизации электромагнитной системы КМПУ Для исследования влияния направления аксиального ВМП соленоида и полярности электродов на электроэрозионный износ были изготовлены два одинаковых индуктора с противоположным направлением намотки витков соленоида. Это дало возможность изменять направление аксиального поля с сохранением полярности электродов, и менять полярность с сохранением поля. В экспериментах при С=24 мФ и имр=3,0 кВ использовались стволы из нержавеющей стали 12Х18Н9Т с Вх<1ук = 25x19,7 мм, = 250 мм.

Am, г/мм'КГ3

° 1 -встречное ВМП, ствол-анод; " 2-встречное ВМП, ствол-катод, • 3-согласное ВМП, ствол-анод; ' 4-согласное ВМП, ствол-катод. 0.2

> V 0.1

vi

m/W, г/кДж

50

100

150

200

Vми

l-m/W=Ü.17l(W/V ,.-0-368) I у -1

3-m/W=0.125(W/V -0.390) /

•jX,

0.5

1.0

1.5 W/V . кДж/см®

Рис.10. Эпюры Ат(£ ) при разном направ- Рис 11. Зависимость тЛМ^/У ). Номера лении ВМП и полярностях электрода-ствола, соответствуют номерам эпюр на рис 10.

1 а)

/ 2

А

Из приведенных эпюр Дт(£у|() (рис 10) и зависимости тЛ^С\МЛ/ук) (рис.11) видно, что т увеличивается при положительной полярности электрода-ствола (что согласуется с известными данными) и при встречном направлении аксиального ВМП. По-видимому, встречное аксиальное поле оказывает тормозящее действие в центральной области УК (рис. 10), способствует сжатию дискретных радиальных каналов проводимости и повышению в них плотности тока. Это может сопровождаться повышением температуры в опорных пятнах и усилением эрозии. Однако исследования динамики плазменной струи в свободном пространстве показали, что во всех рассматриваемых вариантах скорость струи на срезе ствола практически одинакова.

Величина аксиального ВМП проникающего в УК в зависимости от степени его экранирования цилиндрической стенкой ствола должна так же оказывать влияние на электроэрозионный износ, в силу изменяющейся плотности тока в плазме и особенностей динамики ПС. Степень экранирования менялась за счет изменения О и <1у1[, и использования дополнительных трубчатых экранов из меди и дюралюминия. Абсолютное экранирование имитировалось в экспериментах на классическом пинч-ускорителе (без соленоида) с сохранением параметров контура электропитания.

В качестве критерия, характеризующего степень проникания ВМП соленоида в УК, принят коэффициент поля Кп равный:

кш=)н,т/)н0т (7)

о /о

где" I - длительность импульса тока протекающего по соленоиду, Н,(0, Но(0 - соответственно функции изменения во времени напряженности аксиального поля в центре участка УК, охваченного соленоидом, при наличии экрана и без него.

Экспериментальные данные, полученные в сильно отличающихся условиях по экранированию УК на стволах из нержавеющей стали 12X18Н9Т с Г>х(1>к=25х19 мм, £ук~270 мм, при С=48 мФ, и-ир=3,0 кВ. Направление Я, в опыте 1 совпадало с направлением плазменного течения. Сравнение эпюр Дт(£у1.) (рис. 12а) и зависимостей тЛЛ^/Уук) (рис.13) показывает значительное увеличение как уровня Дт, так и ш при наличии ВМП. Следует выделить два основных фактора, усиливающих электроэрозионный износ: вращение плазмы в УК, охваченном соленоидом, и повышение плотности тока в дискретных каналах проводимости ПС. Вращение ПС в направлении намотки витков соленоида при взаимодействии аксиального ВМП и азимутальных полей токов, протекающих по радиальным каналам проводимости, видно по структуре плазменно-эрозионного следа (ПЭС) на развернутой поверхности УК (рис.126). Треки ПЭС имеют явный наклон, уменьшающийся по длине УК вследствие увеличения скорости плазменного течения При отсутствии ВМП эти треки параллельны продольной оси УК.

Рис 12 Эпюры ) (а) и фотографии

ПЭС (б)- 1-Кп= 0,954; 2-К„= 0.

m/W, г/кДж

0.5 1.0 1.5 кфас/смэ

Рис.13. Зависимость т/Щ^/У ): 1-при наличии ВМП , 2-без ВМП.

Конструктивной особенностью индуктора КМПУ является наличие контактного фланца 6 на выходном конце соленоида 6" (рис.1). Вместе с токоподводящими шпильками он обеспечивает токоподвод к соленоиду и механическую прочность конструкции. С другой стороны он представляет собой короткозамкнутый виток большого сечения. Магнитное поле, наведенного в нем тока в суперпозиции с торцевым полем соленоида и полем наведенным в стенке ствола может оказывать тормозящее действие при прохождении плазменной структуры и привести к увеличению эрозии. Экспериментальные исследования показали, что радиальная составляющая В МП при наличии короткозамкнутого фланца на порядок выше, чем в условиях, когда фланец имеет радиальный разрез.

Ат, г/мм210-'

&

2 0.3

VI/ \ 0.2

\ 0.1

шЛУ, г/кДж

1-тЛ\М 2-тЛ¥=< 1Л710У/У М20(УУ/У ^-0.368) ,,-0.401) 1 •

Л

50

100

150 200

2501ук, мм

Рис.14. Эпюры ЛтС^): 1-е коротко-замкнутым витком, 2-е распиленным. замкнутым витком, 2-е распиленным.

0 0.5 1.0 1.5 \У/Уу„, кДж/см5

Рис.15. Зависимость ): 1-е коротко-

Подтверждение высказанного предположения следует из сравнения эпюр Ат(€у«) (рис.14). Анализ* данных по интегральному износу (рис.15) показывает существенное увеличение коэффициента А при наличии короткозамкнутого фланца. При этом скорость плазмы на срезе ствола снижается незначительно (1-4,83 км/с, 2-4,51 км/с).

Таким образом, максимальная эффективность использования энергии на электроэрозионную наработку рабочего материала для нанесения покрытий и получения порошкообразных материалов, достигается при встречном направлении ВМП, положительной полярности электрода-ствола, минимальном экранировании УК и наличии короткозамкнутого фланца на выходном конце соленоида.

В шестой главе показаны некоторые возможности технологического использования КМПУ для нанесения покрытий. Одним из перспективных способов решения ряда практических задач, улучшения свойств металлических поверхностей, подвергающихся механическим, термическим, электрическим, химическим и др. воздействиям является их специальная обработка с модификацией приповерхностных слоев и нанесением соответствующих функциональных покрытий

Проблема уменьшения переходного сопротивления и совмещения электрического контакта медь-алюминий, повсеместно встречающегося в промышленной электротехнике, общеизвестна В работе предпринята попытка решения этой проблемы путем нанесения медного покрытия на алюминиевую поверхность с помощью КМПУ с медными электродами.

Рис.16. Микрофотография шлифа вертикального среза алюминиевого образца с медным покрытием.

Исследования полученных образцов из алюминиевого сплава АД-31 с медным покрытием проведены на растровом электронном микроскопе Jeol-840 с приставкой Link для рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Они показали, что медное покрытие шлщиной не менее 100 мкм не имеет пор, однородно по структуре и абсолютно плотно прилегает к поверхности подложки (рис.16). Частицы меди размером -10 мкм обнаруживаются в подложке на глубине до -50 мкм. Согласно данными РФЭС на такой глубине в алюминии присутствует до 1,0 % меди. Исследования сопротивления контактных переходов, проведенные вольтамперным способом при длительном и циклическом пропускании тока промышленной частоты при различных плотностях (до 0,8 А/мм2) и усилии сжатия 230 Н показали, что сопротивление перехода Cu-Al с медным покрытием в 1,73 раза меньше сопротивления обычного перехода Cu-Al.

При использовании электродов КМПУ из нержавеющей стали, показана возможность нанесения покрытий состава нержавеющей стали. Микроэлектронная фотография шлифа вертикального среза дюралюминиевой подложки с покрытием состава нержавеющей стали, приведена на рис.17.

Конц<нтр«инж, % масс

Рис.17. Микрофотографии шлифа вертикального среза дюралюминиевого образца с покрытием состава нержавеющей стали: а) обзорный снимок; б) фрагмент слоя взаимного перемешивания материалов.

0 100 200 Глубина, мкм

Рис.18. Кривые массовой концентрации элементов в граничном слое поверхности подложки.

Из микрофотографии видно, что покрытие абсолютно плотно прилегает к поверхности подложки и не имеет пор. На границе раздела образуется слой взаимного перемешивания материалов толщиной -100 мкм, что подтверждается данными РФЭС. На микрофотографии (рис.176) видно, что слой подложки толщиной порядка 100 мкм насыщен точечными и струйными включениями более плотного вещества потока. ОЖЕ - электронная спектроскопия, показывает насыщение поверхностного слоя толщиной более 300 мкм углеродом, кислородом и железом (рис.18). Железо является основной составляющей высокоскоростного потока, кислород и азот захватываются из воздуха. Углерод в большом ко-аичестве присутствует в потоке как основной продукт электротермохимического разложения технического вазелина, закладываемого в КФПС. При необходимости его содержание может быть полностью исключено. Результаты высокотемпературных трибологических испытаний обработанного и исходного образцов, проведенные на High temperature tri-bometr, показали, что износостойкость обработанного образца увеличилась на 1+2 порядка. Покрытия состава нержавеющей стали могут выполнять антикоррозионные, антиэрозионные и термобарьерные функции. Совокупность приобретенных свойств позволяет значительно повысить рабочие параметры деталей и конструктивных элементов из алюминиевых сплавов, в частности, рабочей поверхности поршней двигателей внутреннего сгорания, а так же лопаток газовых турбин.

В работе показана возможность динамического синтеза сверхтвердых материалов на основе титана (TiC, TiN, ИВ2, TiCN и др.) в гиперзвуковой струе электроэрозионной плаз-

мы при использовании в КМПУ титановых электродов, и нанесения покрытий на их основе. Эксперименты проводились в атмосферных условиях при: С=48 мФ, и,ар=2,5 кВ, £ук=280 мм, с1ук=14 мм, масса закладываемого порошка графита 0,4 г, расстояние от среза ствола до мишени £см=420 мм. Скорость плазменной струи на срезе ствола составляла ~4,0 км/с. Получено твердое покрытие площадью -100 см2. Следует отметить большую толщину покрытия (до 1 мм), его однородность, высокую плотность и отсутствие пор В теле

о 3.25 3.82

"Ч р

0.5*0 0.25! (а Й-/ А /1

600

400 200

Покрытие 5, мкм

Рис.20. Кривая изменения нанотвердости по толщине стального образца с покрытием на основе титана.

200 400

Подложка 5, мкм

Рис.19. Микроэлектронные фотографии каналов СГП.

подложки обнаруживаются многочисленные треки с поперечным размером менее 5 мкм, нормальные к поверхности стального образца, заканчивающиеся на глубине подложки 350-400 мкм. Анализ этих данных позволяет идентифицировать обнаруженные треки как каналы сверхглубокого проникания (СГП) твердых микрочастиц в металлическую преграду (рис.19). За СГП принято внедрение частиц на глубину на 2-3 порядка превышающую размер частиц. Исследования нанотвердости (рис.20) этого образца показали, что на поверхности она имеет очень высокий уровень. Рентгеноструктурный анализ показал, что материал покрытия состоит из С0,зЫ0 пТ\ и ТПЯо з- Среднее значение Ну покрытия составляет 1500. Ну подложки значительно меньше, однако, более чем в два раза превышающий твердость исходного материала. С углублением в подложку наблюдаются колебания Ну с экспоненциально затухающими максимальными значениями. Толщина поверхностного слоя подложки с повышенной Ну соответствует глубине СГП материала покрытия.

Актуальность задачи повышения поверхностной прочности и устойчивости к мощным динамическим воздействиям пластин из алюминиевых сплавов обусловлена их широким использованием в качестве облицовки аппаратов космической и авиационной техники,

__ легкой бронетехники и основы бро-

® неструктур легких бронежилетов. На

дюралюминий удается нанести твердое покрытие площадью -100 см2 в атмосферных условиях при- С=48 мФ, имр=2,0 кВ, ¿ук=275 мм, <!,«=-14 мм, (аг=П0 мм. На рис.21а приведена микроэлектронная фотография шлифа вертикального среза образца из алюминиевого сплава 1903М с покрытием на основе титана. Видно, что покрытие по всей толщине однородно, не имеет пор и абсолютно плотно прилегает к подложке. Граница раздела представляет собой

4000

3000

2000

1000

-б)

1 ц

400

| Покрытие 5, мкм Полложка 8, мкм Рис.21. Микроэлектронная фотография шлифа вертикального среза образца из алюминиевого сплава 1903М с покрытием на основе титана (а), и кривая изменения Ну по его толщине (б).

слой взаимного перемешивания и сцепления материалов покрытия и подложки толщиной около 100 мкм, Дифракгометрические исследования порошкообразного материала, собранного в рабочей технологической камере, показали образование ТЮ2 и TiN, однако доминирующей фазой материала покрытия оказывается А1ИТ15. Слой покрытия (рис.216) толщиной ~150 мкм имеет Hv -2400, далее уменьшается до среднего уровня -1000. Поверхностный слой подложки имеет повышенное значение Hv и на глубине -200 мкм приближается к Hv исходного образца. Испытания на противопульную стойкость пластин из алюминиевого сплава 1903М с нанесенным покрытием проведены в ОАО "НИИ Стали", путем обстрела из пистолета TT калибра 7,62 мм. Они показали, что рассматриваемая технология обеспечивает сохранение микроструктуры подложки и не проводит к ее охрупчи-ванию. Покрытие не отслаивается от подложки при динамическом воздействии и обеспечивает существенное повышение противопульной стойкости. Эти свойства оказываются ^ уникальными, так как ими не обладают покрытия нанесенные другими известными способами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью выполнен комплекс исследований электроэрозионного износа поверхности УК и динамики ускорения электроэрозионной плазмы в КМПУ и получены следующие результаты:

1. Показана волновая неустойчивость скорости плазменного течения в УК КМПУ, обусловленная установлением квазистационарного гиперзвукового течения с характерной "бочкообразной" ударно-волновой структурой в соответствии с основными газодинамическими закономерностями гиперзвуковых струй.

2. Колебательный характер дифференциального электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ обусловлен и в противофазе соответствует колебаниям скорости плазменного течения.

3. Определены оптимальные длины УК для диапазона W=50-150 кДж и калибров УК 1225 мм, при которых наиболее эффективно используется ствол и нарабатывается до 90% материала, выносимого гиперзвуковой струей из УК: для титана, нержавеющей стали и дюралюминия -200 мм; для меди -150 мм.

4. Экспериментально показано, что увеличение эффективности использования энергии на электроэрозионную наработку материала достигается при: уменьшении калибра УК, положительной полярности электрода-ствола, встречном направлении ВМП, наличии короткозамкнутого фланца на выходе соленоида, минимальном экранировании

УК стенкой ствола, оптимальной геометрии КФПС и условиях его снаряжения. t

5. Интегральный элекгроэрозионный износ поверхности УК КМПУ определяется величиной подведенной к ускорителю энергии.

6. Экспериментальные данные в указанных диапазонах изменения подведенной энергии обобщены в виде линейной функции: m/W = A(W/Vylt - В). В рассматриваемых условиях эта закономерность выполняется для всех рассматриваемых материалов ствола в диапазоне изменения скорости плазменного течения от 3 до 11 км/с.

7. Показана возможность существенного снижения эрозионного износа поверхности УК КМПУ с повышением динамических параметров струйного течения при введении в плазму разряда небольших добавок эмиссионно-активных веществ в виде углерода, бора, кремния.

8. Показаны возможности технологии нанесения различных функциональных металлических и композиционных покрытий на твердые поверхности и получения сверхтвердых материалов с помощью КМПУ. Наиболее перспективными направлениями являются:

• Нанесение медного покрытия на металлические контактные поверхности с целью снижения переходного контактного сопротивления;

• Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на рабочие поверхности электродов электроразрядных устройств с целью повышения стойкости к внешним

воздействиям и элекгроэрозионной стойкости;

• Получение сверхтвердых материалов на основе: W, Ti, Al, Si, В, и нанесение покрытий на их основе на металлические поверхности с целью: получения ультрадисперсного абразивного материала; нанесение твердосплавного слоя (в виде покрытия) на режущие поверхности металлообрабатывающего лезвийного инструмента;

• Поверхностного упрочнения бронепластин средств индивидуальной броневой защиты.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Sivkov А.А., Ilyin А.Р., Gerasimov D.U., Saigash A.S., Kwon Y.S. Hybrid magneto-plasma accelerator use for the deposition of coatings И "KORUS-2003": Proceedings the 7th I^orea-Russia Internationa) Symposium on Scifencé and Technology. Korea, Ulsan. The iEEfe. 28June - 6July 2003. - Vol. I. - p.01-96.

2. Sivkov A.A., Gérasimdv D.U., Saigash A.S. Hybrid Magüeto-plasma Acceleration use for the Deposition of coatings HIV International Conference Plasma Physics and Plasma Technology Contributed Papers. Mfesk,; Belarus. 15-19, September 2003. Vol. П. - p.^26-529.

3. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Обработка поверхности Из алюминиевого сплава высокоскоростной струей электроразрядной плазмь! II Материаловедение, технйлогии и экология в третьем тысячелетии. Материалы II Всероссийской конференции молодых ученных. - Томск: ИФПМ СО РАН, 2003. - с.292-295.

4. Герасимов Д.Ю., Цыбинй А.С. Динамика элек+роэрозионного процйсса в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе // Там же с.295-298.

5. Цыбина А.С., Герасимов Д.Ю. Сверхглубокое проникание микрочастиц в твердые материалы при обработке поверхности высокоскоростной струей электроразрядной плазмы // Там же с.344-347.

6. Цыбина А.С., Герасимов Д.Ю. Нанесение медного покрьггия на алюминиевые контактные поверхности с помощью магнитоплазменного ускорителя // Там же с.347-350.

7. Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Эрозия ускорительного канала магнитоплазменного ускорителя // Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 9-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. Т.1. -с.143-146.

8. Герасимов Д.Ю. Импульсный электромагнитный ускоритель электроразрядной плазмы // Современные техника и технологии. Х-Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. 29 марта - 2 апреля 2004. Томск: Изд-во ТПУ. Том II. - с.254-256.

9. Sivkov А.А., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Copper coating of aluminium contact surfaces using magneto-plasma accelerator H "KORUS-2004": Proceedings the в"1 Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Russia, Tomsk, 26June - 3July 2004. -p.295-298.

10. Sivkov A. A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Obtaining of the aluminium alloy surface by high velocity flux of electro discharge plasma // Там же p.298-300.

11. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Electrical Erosion of the Magnetoplasma Accelerator Channel // 13d1 International Symposium on High Current Electronics. Proceedings Ed-

ited by В. Kovalchuk and G. Remnev. Institute of HCE Tomsk, Russia, 25-29 July 2004. -p.417-420.

l2.Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Processing of Duralumin Surface by a HighSpeed jet of Electric-Discharge Plasma // Там же p.460-461.

13.Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S., Lopatin V.V. Processing of a surface from an aluminium alloy a high-velocity stream of electrodigit plasma // European Pulsed Power Symposium. Hamburg-Germany DESY 20-23 September 2004. - p.80-81.

14 Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Элекгроэрозионный износ ствола магнито-плазменного ускорителя Ч Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 10-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТПУ, - 2004. - с.88-91.

15. Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Повышение динамической стойкости пластин из алюминиевого сплава за счет композиционного покрытия TiC+Ti, нанесенного с помощью магнитоплазменного ускорителя // Там же с. 134-137.

16. Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на поверхность изделий из алюминиевого сплава с помощью магнитоплазменно-го ускорителя // Там же с.161-164.

17. Sivkov A. A., Gerasimov D.Y., Tsibina A.S. Electrœrosive production of coating material in a coaxial magnetoplasma accelerator. "KORUS-2005": Proceedings the 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology. Russia, Novosibirsk, 26June - 2July 2005. - p.389-392.

18. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Сивков A.A. Использование коаксиального магнито-плазменного ускорителя для нанесения медного покрытия на алюминиевую поверхность // Приборы. 2005 г., № 6, с.33-40.

19 Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Электроэрозионная наработка материала в коаксиальном магнигоплазменном ускорителе для нанесения покрытий // «Электротехника», № 6,2005 г., с.25-33.

20. Герасимов Д.Ю., Сивков А.А. Коаксиальный ускоритель. Патент № 2243474 РФ, 7F41B 6/00, Зарегистр. 27.12.2004, Бюл. №36, Приор. 31.07.2003.

РНБ Русский фонд

Подписано к печати 22.11.05. Фо) Печать RISO. Усл.печл.

Заказ 1419. Тираж iw au.

1шташмфтг. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

1 q . СЧ ^

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Герасимов, Дмитрий Юрьевич

Список сокращений и обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

1 Литературный обзор.

1.1 Рельсовые ускорители.

1.2 Коаксиальные ускорители.

1.3 Электрическая эрозия электродов и динамика ускорения плазменной перемычки в электромагнитных ускорителях.

2 Устройство и принцип действия ускорительной системы на основе коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

2.1 Пульт управления и регистрации.

2.2 Источник питания стенда, зарядное устройство.

2.3 Емкостной накопитель энергии.

2.4 Работа емкостного накопителя на нагрузку - КМПУ.

2.5 Устройство коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

2.6 Принцип действия коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

3 Динамика ускорения и дифференциальный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала КМПУ.

3.1 Динамика ускорения.

3.2 Дифференциальный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала.

3.3 Влияние энергии емкостного накопителя.

3.4 Изменение энергетических характеристик путем отсечки хвостовой части импульса тока.

3.5 Влияние условий снаряжения канала формирования плазменной структуры на характеристики ввода энергии, динамику ускорения и дифференциальный электроэрозионный износ.

3.5.1 Влияние числа ЭВП и длины КФПС. щ 3.5.2 Влияние газогенерирующего вещества.

3.6 Влияние давления газа в свободном пространстве рабочей камеры.

4 Интегральный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

4.1 Наиболее значимый фактор электроэрозионного износа. Анализ результатов исследования электрической эрозии поверхности стволов из нержавеющей стали.

4.2 Электроэрозионный износ поверхности УК стволов из меди, дюралюминия, титана.

4.3 Анализ результатов по интегральному электроэрозионному износу поверхности УК из разных металлов.

4.4 Снижение электроэрозионного износа поверхности УК.

4.4.1 Использование высокоуглеродистых нержавеющих сталей

4.4.2 Снижение электроэрозионного износа поверхности УК введением в плазму разряда порошкообразного бора (В) и кремния (Si).

4.5 Влияние скорости плазменного течения на интегральный электроэрозионный износ.

5 Повышение эффективности электроэрозионной наработки материала за счет оптимизации электромагнитной системы коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

5.1 Влияние направления аксиального внешнего магнитного поля соленоида и полярности электродов КМПУ.

5.2 Влияние степени экранирования стенкой ствола ускорительного канала.

5.3 Влияние короткозамкнутого фланца соленоида внешней индукционной системы.

6 О возможностях технологии нанесения покрытий с использованием коаксиального магнитоплазменного ускорителя

6.1 Нанесение медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.

6.2 Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на металлические поверхности.

6.3 Нанесение сверхтвердых покрытий на основе титана на металлические поверхности.

6.3.1 Сверхтвердые покрытия на стальной подложке.

6.3.2 Сверхтвердые покрытия на подложке из алюминиевого сплава.

Введение 2005 год, диссертация по энергетике, Герасимов, Дмитрий Юрьевич

Актуальность темы. Значимость проблемы гиперскоростного ускорения плазмы, микро- и макротел обусловлена его использованием в самых современных и перспективных областях физики и новейших технологиях, в том числе технологиях двойного назначения. Характерной особенностью кондукционных электродинамических ускорителей с плазменным поршнем является сильная электрическая эрозия поверхности электродов в ускорительном канале (УК) [1]. В первом приложении -электродинамическом ускорении электроэрозионной плазмы с целью получения ультрадисперсных порошков металлов и некоторых соединений, и нанесения различных функциональных покрытий - это явление носит позитивный характер [2]. На нем основывается работа так называемых эрозионных электромагнитных ускорителей (ЭМУ). Получение рабочего материала эрозионным путем с поверхности электродов в процессе рабочего цикла является их отличием и преимуществом перед другими типами ЭМУ, например, электротермическими [3]. Во втором приложении -электромагнитном высокоскоростном метании макротел, электрическая эрозия поверхности электродов является принципиально негативным явлением, борьба с которым является одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками ЭМУ макротел и перспективных систем кинетических вооружений на новых физических принципах. Электроэрозионный износ поверхности электродов в УК препятствует получению высоких, теоретически прогнозированных, скоростей метания из-за накопления и вовлечения в движение большой паразитной эродированной массы [1], а так же исключает повторное использование УК.

Эти особенности присущи как рельсовым ускорителям (РУ), так и коаксиальным ускорителям (КУ) с сильноточным разрядом типа Z-пинч. Не является исключением и гибридный коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ) [4], рассматриваемый в настоящей работе. В отличие от

РУ и традиционных 7-пинч ускорителей гибридный КМПУ имеет более высокую эффективность преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию ускоряемой массы [5] и электроэрозионной наработки рабочего материала.

В связи с этим исследование электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ является актуальной задачей.

Цели работы и задачи исследований. Цель работы заключается в установлении основных закономерностей динамики ускорения и электроэрозионной наработки рабочего материала с поверхности УК КМПУ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование динамики ускорения электроразрядной плазмы и дифференциального электроэрозионного износа по длине УК.

2. Определение наиболее значимого фактора и основных закономерностей интегрального электроэрозионного износа в зависимости от энергетических и конструктивных параметров КМПУ.

3. Повышение эффективности КМПУ за счет оптимизации системы электромагнитного взаимодействия.

4. Поиск возможностей снижения эрозионного износа поверхности УК.

Работы по теме выполнялись в рамках следующих научно-технических программ:

1. Сотрудничество Министерства Образования РФ и Министерства Обороны РФ по направлению "Научно-инновационное сотрудничество" по теме: «Создание высокоэффективной гибридной электромагнитной системы гиперскоростного метания масс», 2002-2003 гг.

2. Министерство Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". Подпрограмма (202): "Новые материалы". Проект 202.05.02.034. «Разработка научно-технических основ динамического синтеза сверхтвердых материалов и получение покрытий на их основе», 2002 г.

3. Министерство Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". «Исследование взаимодействия сильноточного дугового разряда с конденсированными средами при высоких динамических нагрузках и в сильных магнитных полях», 2003 г.

4. Министерство Образования РФ: Санкт-Петербургский государственный университет. «Исследование процесса электроэрозионной наработки материала с поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения функциональных покрытий на металлические поверхности», 2004 г.

5. Министерство Образования и науки РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". «Исследование явления сверхглубокого проникания вещества гиперзвуковой струи коаксиального магнитоплазменного ускорителя в металлические преграды», 2005 г.

Научная новизна. В работе проведены исследования и получены следующие результаты:

1. Установлена связь между волновой неустойчивостью скорости плазменного течения в УК КМПУ с волновой неравномерностью электроэрозионного износа поверхности УК.

2. Установлены закономерности влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на интегральную величину электроэрозионного износа поверхности УК.

3. Найдены возможности снижения электроэрозионного износа поверхности УК.

4. Установлены особенности влияния электромагнитной системы КМПУ на динамику ускорения и электроэрозионный износ поверхности УК.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Волнообразная неравномерность электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ обусловлена волновой неустойчивостью скорости плазменного течения в УК, вызванной установлением квазистационарного гиперзвукового течения с характерной "бочкообразной" ударно-волновой структурой в полном соответствии с основными газодинамическими закономерностями гиперзвуковых течений.

2. Интегральный электроэрозионный износ поверхности УК определяется величиной подведенной энергии. Обобщающая зависимость удельного интегрального электроэрозионного износа m/W от удельной подведенной энергии W/VyK носит линейный характер, в диапазоне изменения энергии от 20 до 200 кДж.

3. Существенное снижение эрозионного износа обеспечивается введением в плазму разряда углерода, бора, кремния (подтверждено патентом РФ). Этот эффект усиливается с уменьшением потенциала ионизации вещества добавки.

4. Максимальная эффективность использования энергии на' электроэрозионную наработку материала достигается при: встречном направлении аксиального магнитного поля внешней индукционной системы, с короткозамкнутым витком на выходе соленоида и при минимально возможном экранировании УК цилиндрической стенкой ствола.

Практическая значимость результатов работы. Совокупность полученных результатов представляют собой научно-технические основы способа, который ляжет в основу создания новых технологий нанесения функциональных покрытий на твердые поверхности и получения новых сверхтвердых материалов. Наиболее перспективным направлением практического использования представляется:

1. Нанесение медных покрытий на металлические контактные поверхности с целью согласования контактных пар и снижения переходного сопротивления.

2. Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на рабочие поверхности электродов электроразрядных устройств с целью повышения стойкости к внешним воздействиям и электроэрозионной стойкости.

3. Получение сверхтвердых материалов на основе: W, Ti, Al, Si, В, и нанесение сверхтвердых покрытий на их основе на металлические поверхности с целью:

• получения твердосплавного слоя (в виде покрытия) на режущие поверхности металлообрабатывающего лезвийного инструмента;

• поверхностного упрочнения пластин средств индивидуальной броневой защиты.

4. Полученные результаты используются при разработке электромагнитных ускорителей макротел с целью повышения эффективности метания и ресурса ствола.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах и конференциях:

• "KORUS-2003". Proceedings the 7th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. - Republic of Korea, Ulsan. The IEEE. 28 June - 6 July 2003;

• IV International Conference Plasma Physics and Plasma Technology Contributed Papers. Minsk, Belarus. 15-19 September 2003;

• Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии. Материалы II Всероссийской конференции молодых ученных. Томск: ИФПМ СО РАН, 2003;

• Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 9-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск, 2003;

• Современные техника и технологии. Х-Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск. 29 марта - 2 апреля 2004;

• "KORUS-2004". Proceedings the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Tomsk. 26 June - 3 July 2004;

• 13th International Symposium on High Current Electronics. Proceedings Edited by B. Kovalchuk and G. Remnev. Russia, Institute of HCE Tomsk. 25-29 July 2004;

• European Pulsed Power Symposium. Hamburg-Germany DESY. 20-23 September 2004;

• Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 10-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск, 2004;

• Современные техника и технологии. XI-Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых. Томск. 28 марта - 1 апреля 2005;

• "KORUS-2005". Proceedings the 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology. Russia, Novosibirsk. 26 June - 2 July 2005.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 26 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, и получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 190 страницах, состоит из введения, 6 глав, заключения, списка используемой литературы (158 наименований) и приложений.

Заключение диссертация на тему "Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью выполнен комплекс исследований электроэрозионного износа поверхности УК и динамики ускорения электроразрядной плазмы в КМГГУ и получены следующие результаты:

1. Показана волновая неустойчивость скорости плазменного течения в УК КМГГУ, обусловленная установлением квазистационарного гиперзвукового течения с характерной "бочкообразной" ударно-волновой структурой в соответствии с основными газодинамическими закономерностями гиперзвуковых струй.

2. Колебательный характер дифференциального электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ обусловлен и в противофазе соответствует колебаниям скорости плазменного течения.

3. Определены оптимальные длины УК для диапазона W = 50-150 кДж и калибров УК 12-25 мм, при которых наиболее эффективно используется ствол и нарабатывается до 90% материала, выносимого гиперзвуковой струей из УК: для титана, нержавеющей стали и дюралюминия -200 мм; для меди —150 мм

4. Экспериментально показано, что увеличение эффективности использования энергии на электроэрозионную наработку материала достигается при: уменьшении калибра УК, положительной полярности электрода-ствола, встречном направлении ВМП, наличии короткозамкнутого фланца на выходе соленоида, минимальном экранировании УК стенкой ствола, оптимальной геометрии КФПС и условиях его снаряжения.

5. Интегральный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала КМПУ определяется величиной подведенной к ускорителю энергии.

6. Экспериментальные данные в указанных диапазонах изменения подведенной энергии обобщены в виде линейной функции:

168 m/W = A(W/VyK - В) В рассматриваемых условиях эта закономерность выполняется для всех материалов ствола в диапазоне изменения скорости плазменного течения от 3 до 11 км/с.

7. Показана возможность существенного снижения эрозионного износа поверхности УК КМПУ с повышением динамических параметров струйного течения при введении в плазму разряда небольших добавок эмиссионно-активных веществ в виде углерода, бора, кремния.

8. Показаны возможности технологии нанесения различных функциональных металлических и композиционных покрытий на твердые поверхности и получения сверхтвердых материалов с помощью КМПУ. Наиболее перспективными направлениями являются:

• Нанесение медного покрытия на металлические контактные поверхности с целью снижения переходного контактного сопротивления;

• Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на рабочие поверхности электродов электроразрядных устройств с целью повышения стойкости к внешним воздействиям и электроэрозионной стойкости;

• Получение сверхтвердых материалов на основе: W, Ti, AI, Si, В, и нанесение сверхтвердых покрытий на их основе на металлические поверхности с целью: получения ультрадисперсного абразивного материала; нанесение твердосплавного слоя (в виде покрытия) на режущие поверхности металлообрабатывающего лезвийного инструмента;

• поверхностного упрочнения пластин средств индивидуальной броневой защиты.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю т.н. Сивкову A.A., а так же аспирантке ЭЛТИ Сайгаш A.C.

Библиография Герасимов, Дмитрий Юрьевич, диссертация по теме Техника высоких напряжений

1. Материалы I Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда в магнитном поле / Под ред. членкора АН СССР М.Ф. Жукова. -Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 10-13 апреля 1990. -350 с.

2. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985. - 264 с.

3. Школьников Э.Я., Гузеев М.Ю., Масленников С.П., Чеботарев А.В. Ускорение макрочастиц в электротермическом ускорителе с мультиразрядной схемой разрядного узла // Приборы и техника эксперимента. 2000. - № 6. - С. 130-135.

4. Патент № 2150652 РФ. Коаксиальный ускоритель Сивкова. Сивков А.А. 7F41B 6/00. Опубл. 10.06.2000. Бюл. № 16.

5. Сивков А.А. Взрывная коммутация и электромагнитное ускорение масс: Дис.док. тех. наук. Томск, 2002. - 291с.

6. Hart P.J. Plasma Accélération with Coaxial Electrodes // Phys. Fluids. 1962. Vol. 5. - № 1.- P. 38-47.

7. Гурович В.Ц., Десятков Г.А., Спекторов В.Л. Особенности движения токовой оболочки и ударной волны в импульсном ускорителе высокого давления // Докл. АН СССР. 1987. Т. 293. - № 5. - С. 1102-1105.

8. Алексеев В.А., Фортов В.Е., Якубов И.Т. Физические свойства плазмы высокого давления // Успехи физических наук. 1983. Т. 139. - вып. 2. - С. 193-222.

9. Манзон Б.М. Ускорение макрочастиц для управляемого термоядерного синтеза // Успехи физических наук. 1981. Т. 134. - вып. 4. - С. 611-639.

10. Линхарт Дж. Ускорение макрочастиц до гиперскоростей // Физика высоких плотностей энергии: Сб. статей. М.: Мир, 1974. - С. 171-187.

11. И.Леконт К. Высокоскоростное метание // Физика быстропротекающих процессов. М.: Мир, 1971. - С. 247-275.

12. Кейбл А. Ускорители для метания со сверхвысокими скоростями // Высокоскоростные ударные явления. М.: Мир, 1973. - С. 13-28.

13. Том К., Норвуд Д. Теория гиперзвукового электромагнитного ускорителя //Техника гиперзвуковых исследований. М.: Мир, 1964. - С. 94-115.

14. Аскарьян Г.А., Мороз Е.М. Давление при испарении вещества в луче радиации // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1962. Т. 43. - вып. 6/12. - С. 2319-2320.

15. Игенбергс Э., Дженс Д., Швайвер И. Новый двухкаскадный ускоритель для исследования удара при гиперскоростях // Ракетная техника и космонавтика. 1975. Т. 43. - вып. 8. - С. 73-81.

16. Новиков H.H. О высокоскоростных кумулятивных струях // Прикладная механика и техническая физика. 1962. - № 6. - С. 22-28.

17. Новиков H.H. О некоторых свойствах высокоскоростных кумулятивных струй // Прикладная механика и техническая физика. 1963. - № 1. -С. 3-13.

18. Войтенко А. Е. Получение газовых струй большой скорости // Докл. АН СССР. 1964. Т. 158. - № 6. - С. 1278-1280.

19. Слэттерн, Беккер, Хамерши, Рой. Линейный ускоритель для моделирования микрометеоритов // Приборы для научных исследований. 1973.-№6.-С. 89-97.

20. Афанасьев Ю.В., Крохин О.Н. Высокотемпературные и плазменные явления, возникающие при взаимодействии лазерного излучения с веществом // Физика высоких плотностей энергии. М.: Мир, 1979. -306с.

21. Аскарьян Г.А., Манзон Б.М. Лазерное ускорение макрочастиц для подпитки термоядерных реакторов дейтериевым топливом // Физика плазмы. 1980. Т. 6. - вып. 1. - С. 59-68.

22. Афанасьев В.Ю., Гамалий Е.Г., Крохин О.Н. Ускорение, сжатие и устойчивость плоского слоя под действием излучения лазера // Прикладная математика и механика. 1975. Т. 39. - вып. 3. - С. 451-457.

23. Winterberg F. Magnetic Accélération of Superconducting Solenoid // Nuclear Fusion. 1966. Vol. 6. - P. 152-154.

24. Бондалетов B.H. Индукционное ускорение проводников // Журнал технической физики. 1967. Т. 37. - вып. 2. - С. 280-287.

25. Бондалетов В.Н., Гончаренко Г.М. Ускорение проводников в импульсном магнитном поле // Журнал технической физики. 1970. Т. 40. - вып. 10. -С. 2209-2216.

26. Агарков В.Ф., Бондалетов В.Н., Калихман С.А. Ускорение проводников до гиперзвуковых скоростей в импульсном магнитном поле // Прикладная механика и техническая физика. 1974. - № 3. - С. 44-53.

27. Бондалетов В.Н., Иванов Е.И. Бесконтактное индукционное ускорение проводников до гиперзвуковых скоростей // Прикладная механика и техническая физика. 1975. - № 5. - С. 110-115.

28. Балтаханов А.М., Бондалетов В.Н. Расчет двумерных импульсных магнитных полей с движущимися проводниками // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1980. - № 3. - С. 146-151.

29. Бондалетов В.Н., Гусаров А.Д., Балтаханов А.М. Сравнение двух численных методов расчета двумерных импульсных магнитных полей с движущимися проводниками // Электричество. 1982. - № 7. - С. 41-46.

30. Бондалетов В.Н., Иванов Е.И., Петров С.Р. Исследование эффективности ускорения проводников в импульсном магнитном поле соленоида // Прикладная механика и техническая физика. 1983. - № 2. - С. 82-86.

31. Бер Г.З., Бондалетов В.Н., Гусаров А.Д. Ускорение проводников в импульсном магнитном поле массивного цилиндрического многовиткового индуктора // Прикладная механика и техническая физика. 1984.-№4.-С. 116-120.

32. Hawke R.S. Devices for Launching 0,1-g projectiles to 150 km/s or more to initiate fusion // Atomkernenergi und Kerntechnic. 1981. Bd. 38. - P. 35-46.

33. Хоук Р.С., Брукс А.Л., Фаулер К.М. и др. Электромагнитные рельсовые ускорители: возможности прямого запуска тел в космос // Аэрокосмическая техника. 1983. - № 2. - С. 110-119.

34. Powell J.D., Biteh I.M. Plasma dynamics of arc-driven, electromagnetic projectile acceleration // J. Appl. Phys. 1981. V. 52. - № 4. - P. 2717-2730.

35. Космическое оружие: дилемма безопасности / Под. редакцией Е.П. Велихова, Р.З. Сагдеева, А.А. Коношина. М.: Мир, 1986. - 182 с.

36. Bauer D.P. Application of electromagnetic acceleration to space propulsion // IEEE Trans. Magn. 1982. V. 18. - № 1. - P. 102-106.

37. Parker I.V., Parsons W.M., Camings C.E., Fox W.E. Plasma reilgan studies // IEEE Intern. Conf. on Plasma Sciense. 1985. - P. 568-570.

38. Дьяков Б.Б., Резников Б.И. Электромагнитные рельсовые метатели: состояние проблемы и элементарная теория. Ленинград, 1985. - 39 с. (Препринт ФТИ им. А. Ф. Иоффе; № 969).

39. Анисимов А.Г., Башкатов Ю.Л., Швецов Г.А. Взрывомагнитные генераторы для питания рельсотронных ускорителей твердых тел // Физика горения и взрыва. 1986. - № 4. - С. 76-82.

40. Швецов Г.А., Титов В.М., Башкатов Ю.Л. Исследование работы рельсотронного ускорителя твердых тел с питанием от взрывного МГД-генератора. Физика горения и взрыва. 1984. - № 3. - С. 111-115.

41. Башкатов Ю.Л., Швецов Г.А. Общие энергетические соотношения в рельсотронных ускорителях твердых тел // Прикладная механика и техническая физика. 1987. - № 2. - С. 166-171.

42. Дьяков Б.Б., Резников Б.И. Численная модель электромагнитного ускорения тел // Теплофизика высоких температур. 1985. Т. 25. - № 1. -С. 142-150.

43. Швецов Г.А., Титов В.М. Рельсотронные ускорители макрочастиц // IV Международная конф. по генерации мегагауссных полей и родственными экспериментами. 1986. - С. 43-46.

44. Мержиевский JI.A., Титов В.М., Фадеенко Ю.И., Швецов Г.А. Высокоскоростное метание твердых тел // Физика горения и взрыва. -1987. Т. 23.-№5.-С. 77-92.

45. Бондалетов В.Н. Условия высокоскоростного метания проводников в импульсном магнитном поле / Чебоксары. 1972. - 16 с. Деп. в ВИНИТИ, № 5399-73.

46. Калихман С.А., Таврин В.Ю. Режимы метания твердых тел малой электропроводности в рельсотронных ускорителях // Техническая электродинамика. 1985. - № 6. - С. 16-20.

47. Бондалетов В.Н., Калихман С.А., Фомакин В.Н. Исследование эффективгости различных схем ускорителей для высокоскоростного метания проводящих тел на ЭЦВМ // Высоковольтная импульсная техника. Чебоксары: Чуваш, университет, 1975. - вып. 2. - С. 3-14.

48. Бодров А.Ю., Осташев В.Е. Математическое моделирование магнитоплазменного ускорителя с индуктивным накопителем энергии. -М.: 1985. 20 с. (Препринт / АН СССР ИВТ, № 6-194).

49. Бодров А.Ю., Осташев В.Е. Оптимизация параметров емкостной системы электропитания электродинамического ускорителя макротел рельсового типа. М.: 1986. - 16 с. (Препринт/АН СССР ИВТ, № 6-181).

50. Бодров А.Ю., Осташев В.Е. Критерии подобия в задаче об электродинамическом ускорении. М.: 1986. - 23 с. (Препринт / АН СССР ИВТ, №6-191).

51. Hawke R.S., Nellis W.J., Newman G.-H. Summary of railgan development for ultrahigh-pressure research // Ibid. P. 1510-1515.

52. Дудченко A.A., Лурье C.A., Образцов И.Ф. Анизотропные многослойные пластины и оболочки // Механика деформируемого твердого тела. М.: 1983. Т. 15.-С. 3-68.

53. Жданов Г.С. Физика твердого тела. М.: МГУ, 1962. - 500 с.

54. Parker J.V., Parsons W.M., Cummings P.A., е. a. Performance loss due to wall ablation in plasma armature railguns // AIAA Papers. 1985. - № 1575. - 10 p.

55. Marding J.T., e. a. Chemically vapour deposited materials for railguns // Ibid. -P. 1506-1509.

56. Лебедев А.Д., Урюков Б.А. Импульсные ускорители плазмы высокого давления. Монография / Под редакцией членкора АН СССР М.Ф. Жукова. Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1990. -290с.

57. Bowder J.P., McDonald C.L. A comparison of armature performance // IEEE Trans. Magn. 1986. V. 22. - № 6. - P. 1389-1394.

58. Вольпе В., Циммерман Ф. Экспериментальная проверка работы легкогазовой пушки с последовательными электрическими разрядами // Техника гиперзвуковых исследований. М.: Мир, 1964. - С. 59-71.

59. Potter D.E. Numerical Studier of the Plasma Focus // Phys. Fluids. 1971. Vol. 14.-№9.-P. 1911-1924.

60. Дьяченко В.Ф., Имшенник B.C. Плазменный фокус и механизм нейтронного излучения в Z-пинче // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1969. Т. 56. - № 5. - С. 1768-1777.

61. Колесников П.М. Электродинамическое ускорение плазмы. М.: Атомиздат, 1971. - 440 с.

62. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: ИЛ, 1961.-369 с.

63. Жуков М.Ф., Коротеев A.C., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975. 298 с.

64. Математическое моделирование электрической дуги / Под редакцией B.C. Энгельшта. Фрунзе: Илим., 1983. - 361 с.

65. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях / Под редакцией H.A. Златина, Г.И. Мишина. М.: Наука, 1974.-344 с.

66. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. -М.: Наука, 1987.-295 с.

67. Loffler M. Uber die Einkopplung elektromagnetischer Energie in liniare Hochleistungspulsbeschleuniger. Doktors dissertasion. Frankfurt, 1988. -121 p.

68. Стадниченко И.А., Швецов Г.А. Измерение яркостной температуры плазменного поршня в рельсовом ускорителе твердых тел // Прикладная механика и техническая физика. 1988. - № 6. - С. 33-34.

69. Железный В.В., Жуков М.Ф., Лебедев А.Д., Плеханов A.B. Влияние начальной динамики формирования плазменного проводника на эффективность работы электродинамического ускорителя // Журнал технической физики. 1992. Т. 62. - вып. 3. - С. 126-136.

70. Таев И.С. Электрические контакты и дугогасительные устройства аппаратов низкого напряжения. М.: Энергия, 1973. - 424 с.

71. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургиздат, 1976. -558 с.

72. Сивков A.A. Высокоэффективное электромагнитное ускорение плазмы и макротел // Физика плазмы и плазменные технологии: Материалы II Международной конференции. Минск, Беларусь, 15-19 сентября 1997. -С. 706-709.

73. Сивков A.A. Высокоэффективный разгон макротел в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе // Электромеханика и электротехника: III Международная конференция. Тезисы докладов. Россия, Клязьма, 1998. -С. 103-104.

74. Патент № 2119140 РФ. 6F41B 6/00. Коаксиальный ускоритель / A.A. Сивков. Заявлено 24.06.97; Опубликовано 20.09.98, Бюл. № 26.

75. Патент № 2183311 РФ. 7F41B 6/00. Коаксиальный ускоритель / A.A. Сивков. Опубликовано 10.06.2002, Бюл. № 16.

76. Сивков A.A. Гибридная электромагнитная система метания твердых тел // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т. 42. - № 1. - С. 3-12.

77. Сивков A.A. Взрывная коммутация в электродинамических ускорителях масс // Изв. вузов: Физика. 1996. - № 4. - С. 164-172.

78. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М.: «Мир», 1972.-391 с.

79. Генерация сверхсильных магнитных полей / Под ред. В. Купфмюллера. -М.: Мир, 1979.-230 с.

80. Кварцхава И.Ф., Матвеев Ю.В., Меладзе Р.Д., Хаутиев Э.Ю. и др. О возможных причинах влияния полярности электродов на рельсотронное ускорение плазмы // Журнал технической физики. 1966. Т. 36. - вып. 4. -С. 755-759.

81. Будин A.B., Каликов В.А., Коваль А.И., Рабинович И.Б., Хейфиц М.И. Получение водорода путем электротермического разложения твердых источников газа // Письма в ЖТФ. 1994. Т.20. - вып. 6. - С. 39-42.

82. Грановский B.JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971.-543 с.

83. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления. М.: Энергия, 1978. - 456 с.

84. Буткевич Г.В., Белкин Г.С., Ведешенков H.A., Жаворонков М.А. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов. — М.: Энергия, 1978.-256 с.

85. Арцимович Л.А., Лукьянов С.Ю., Подгорный И.М., Чуватин С.А. Электродинамическое ускорение сгустков плазмы // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1957. Т. 33. - вып 1(7). -С.3-8.

86. Дьяков Б.Б., Резников Б.И. Абляция электродов при электродинамическом ускорении // Журнал технической физики. 1989. Т. 59. - вып. 6. - С. 148-150.

87. Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Эрозия ускорительного канала магнитоплазменного ускорителя // Энергетика: экология, надежность, безопасность. Материалы докладов 9-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - Т.1. - С.143-146.

88. Анисимов А.Г., Матросов А.Д., Швецов Г.А. К анализу физических процессов на поверхности электродов в рельсовом ускорителе // Прикладная механика и техническая физика. 2002. Т. 43. - № 3. -С. 39-44.

89. Дубовик А.С. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. М.: Наука, 1975. - 456 с.

90. Sivkov А.А., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Electrical Erosion of theth •

91. Magnetoplasma Accelerator Channel // 13 International Symposium on High Current Electronics. Proceedings Edited by B. Kovalchuk and G. Remnev. -Russia, Tomsk, Institute of HCE, 25-29 July 2004. P. 417-420.

92. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбииа A.C. Электроэрозионная наработка материала в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе для нанесения покрытий // "Электротехника". 2005. - № 6. - С. 25-33.

93. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. М.: Наука, 1990.-368 с.

94. Гречихин Л.И., Минько Л.Я. Получение и исследование ударных волн и сверхзвуковых плазменных потоков в разрядной ударной трубе // Журнал технической физики. 1965. T. XXXV. - вып. 8. - С. 1454-1460.

95. Бужинский О.И., Волков Л.П. Исследование ударных волн, возбуждаемых в электромагнитной ударной трубе // Там же. 1975. Т. XLII. - вып. 8.-С. 1733-1739.

96. Лебедев А.Д., Назарчук В.И., Плюшкин А.П., Щербик Н.М. Экспериментальные исследования движения сильноточного дугового разряда в поперечном магнитном поле // Известия СО АН СССР. Серия техн. наук. 1989. - вып. 6. - С. 76-81.

97. Кухтецкий C.B., Лебедев А.Д., Любочко В.А. Движение сильноточного разряда в плотном газе // Теплофизика высоких температур. 1985. Т. 23. - №3. - С. 422-429.

98. Герасимов Д.Ю., Сайгаш A.C., Ягин А.Г. Динамика гиперзвукового потока электроразрядной плазмы // Университетская научнопрактическая отчетная конференция студентов и молодых ученых. Сборник тезисов. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - С. 10-11.

99. Брон О.Б., Сушков JI.K. Потоки плазмы в электрической дуге выключающих аппаратов. Л.: «Энергия». - 1975. — 211 с.

100. Дулов В.Г., Лукьянов Г.А. Газодинамика процессов истечения. -Новосибирск: Наука. СО, 1984.

101. Сивков A.A., Корольков В.Л., Сайгаш A.C. Нанесение медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности с помощью магнитоплазменного ускорителя // "Электротехника". 2003. -№ 8. -С. 41-46.

102. Гуревич Д.Ф., Шпаков O.H. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1987. - 518 с.

103. Усов В.В. Металловедение электрических контактов. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 208 с.

104. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1990. - 236 с.

105. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

106. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. М.: Металлургия, 1967. - 798 с.

107. Патент № 2243474 РФ. 7F41B 6/00. Коаксиальный ускоритель / Д.Ю. Герасимов, A.A. Сивков. Заявлено 31.07.2003; Опубликовано 27.12.2004, Бюл. №36.

108. Кухлинг К. Справочник по физике. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 520 с.

109. Справочник по электротехническим материалам. Том 1. М.: Энергоатомиздат, 1986.

110. Таблицы физических величин. Справочник / Под редакцией акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

111. Калантаров П. JL, Цейтлин JI. А. Расчет индуктивностей. Справочная книга. М.: Госэнергоиздат, 1955. - 368 с.

112. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: "Наука", 1977. - 184 с.

113. Николаев A.B., Сорокин JT.M. Электродуговые нагреватели газа (Плазмотроны), М.: - 1973.

114. Физика и техника низкотемпературной плазмы / Под редакцией C.B. Дресвина. М.: Атомиздат, 1972. - 230 с.

115. Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е., Самарцев В.П., Шиленко

116. A.B., Лепакова O.K. Электронно-лучевая наплавка композиционных покрытий на основе диборида титана // Физика и химия обработки материалов. 2002. - № 4. - С. 68-72.

117. Роман О.В., Андилевко С.К., Карпенко С.С., Романов Г.С., Шилкин

118. B.А. Эффект сверхглубокого проникания. Современное состояние и перспективы // ИФЖ. 2002. Т. 75. - № 4. - С. 187-197.

119. Сивков A.A., Ильин А.П., Громов A.M., Бычин Н.В. Сверхглубокое проникание вещества высокоскоростного плазменного потока в металлическую преграду // Физика и химия обработки материалов. 2003. - № 1. - С. 42-48.

120. Сивков A.A. О возможном механизме «сверхглубокого проникания» микрочастиц в твердую преграду // Письма в ЖТФ. 2001. - вып. 16.1. C. 60-65.

121. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: "Наука", 1975. - 704 с.

122. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: "Наука". Сиб.отд. - 1972.

123. Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А.Д. Сварка взрывом. М.: Машиностроение, 1987.

124. Sivkov А.А., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Copper coating of aluminiumcontact surfaces using magneto-plasma accelerator // "KORUS-2004":f h

125. Proceedings the 8 Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Russia, Tomsk, 26June - 3July 2004. - P. 295-298.

126. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Сивков А.А. Использование коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения медного покрытия на алюминиевую поверхность // Приборы. 2005. - № 6. -С. 33-40.

127. Афанасьев В.В. Справочник по расчету и конструированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов. — Ленинград: Энергоатомиздат. 1988.

128. Sivkov А.А., Gerasimov D.U., Tsibina A.S., Lopatin V.V. Processing of a surface from an aluminium alloy a high-velocity stream of electrodigit plasma // European Pulsed Power Symposium. Hamburg-Germany DESY 20-23 September 2004. - P. 80-81.

129. Soga S, Tamura H., Sawaoka A., Igenbergs E. Velocity Dependencies of Glass Beads on the Impact Phenomena using a Plasma Gun // Report of The research Laboratory of Engineering Materials. Tokyo Institute of Technology. -1987. Number 12. - P. 111-123.

130. Григорян C.C. О природе «сверхглубокого» проникания твердых микрочастиц в твердые материалы // ДАН СССР. 1987. Т. 292. - № 6. -С. 1319-1323.

131. Черный Г.Г. Механизм аномально низкого сопротивления при движении тел в твердых средах // Там же. С. 1324-1328.

132. Козорезов К.И., Миркин Л.И. Получение и импульсная рентгенография высокоскоростного потока частиц при сверхглубоком проникании ускоренных микрочастиц в металлы // Физика и химия обработки материалов. 2000. - № 1. - С. 77-80.

133. Козорезов А.К., Козорезов К.И., Миркин Л.И. Структурные эффекты при сверхглубоком проникании частиц в металлы // Физика и химия обработки материалов. 1990. - № 2. - С. 51-55.

134. Бартенев С.С., Федько Ю.П., Григоров А.И. Детонационные покрытия в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1982. - 215 с.

135. Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А. и др. Применение высокоинтенсивных импульсных пучков электронов в технологии металлов // Поверхность. 1985. - № 12.-С. 87-92.

136. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. М.: Изд-во МГУ, 1975. - 540 с.

137. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. - 300 с.