Компактирование порошковых материалов импульсным давлением, создаваемым плазменным расширяющимся каналом искры, инициируемой электрическим взрывом проводника

Цель - исследование возможности компактирования порошковых материалов импульсом давления электрического взрыва проводника, установление функциональной связи между параметрами импульса давления и параметрами электротехнологической установки для компактирования порошковых материалов, выбор параметров для регулирования амплитуды и длительности импульсного давления, а также выбор конструктивных параметров рабочего инструмента для компактирования порошковых материалов. На основе метода формализованного представления развития процесса формирования и распространения импульсной волны давления, создаваемой расширяющимся плазменным каналом электрической искры в передающей среде, которая инициирована электрическим взрывом проводника, проведены аналитические исследования. Моделирование скоростного деформирования стенки трубы под действием импульсного давления проводилось в программном комплексе MATLAB, исследование микроструктуры слома скомпактированного материала с наномодификаторами - на сканирующем электронном микроскопе. На основе проведенных экспериментальных исследований по компактированию порошковых материалов импульсным давлением, созданного расширяющимся плазменным каналом искры, инициируемой электрическим взрывом проводника при подаче на него импульса тока от электротехнологической установки, установлено, что на величину и форму импульса давления максимально влияют параметры данной установки. Исходя из полученных модельных исследований, выбран ы оптимальные режимы для компактирования порошков с наномодификаторами. Получена взаимосвязь между параметрами импульсного давления (амплитуды Pm и формы распространения волны давления) и параметрами электротехнологической установки (напряжение, индуктивность, емкость). Предложено использовать акусто-электроволновую модель для оценки давления, обеспечивающего скоростное деформирование металлических труб, и построения профиля деформирования металлических труб, используемых для компактирования. Анализ SEM изображений разлома, полученных в экспериментах компактов, показали высокую степень уплотнения частиц с образованием объемного композита.

1. Kuz’min M.P., Ivanov N.A., Kondrat’ev V.V., Kuz’mina M.Yu., Begunov A.I., Kuz’mina A.S., Ivanchik N.N. Preparation of aluminum–carbon nanotubes composite material by hot pressing // Metallurgist. 2018. Vol. 61 P. 815–821. https://doi.org/10.1007/s11015-018-0569-2

2. Злобин С.Б., Пай В.В., Яковлев И.В., Кузьмин Г.Е. Взрывное компактирование алюминиевого порошка и исследование структуры компактов // Физика горения и взрывов. 2000. Т. 36. № 2. С. 105–109.

3. Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом / пер. с нем. М.: Мир, 1990. 126 с.

4. Петров Е.В., Сайков И.В., Щукин А.С. Ударноволновое компактирование порошка алюминия // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2016. Т. 21. Вып. 3. C. 1235–1237. https://doi.org/10.20310/1810-0198-2016-21-3-1235-1237

5. Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. 280 с.

6. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом: монография. 2-е изд., доп. и перераб. Новосибирск: Наука, 1980. 222 с.

7. Райнхарт Д.С., Пирсон Д. Взрывная обработка металлов: монография. М.: Изд-во иностранной литературы, 1966. 391 с.

8. Драбкина С.И. К теории развития канала искрового разряда // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. 1951. Т. 21. Вып. 4. С. 473–483.

9. Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде: монография. М.: Наука, 1971. 155 с.

10. Каляцкий И.И., Сѐмкин Б.Ф., Халилов Д.Д. К анализу энергетических характеристик искры в контуре RLC // Электрофизическая аппаратура и электрическая изоляция: сб. докл. Межвузовской науч.-техн. конф. по вопросам создания и методам испытания высоковольтной электрофизической аппаратуры / под ред. А.А. Воробьѐва (г. Томск, 1967 г.). М.: Энергия, 1970. С. 242–247.

11. Гегечкори Н.М. Экспериментальное исследование канала искрового разряда // Журнал Эксперименталь- ной и Теоретической Физики. 1951. Т. 21. Вып. 4. С. 493–506.

12. Essmann S., Markus D., Maas U. Investigation of the spark channel of electrical discharges near the minimum ignition energy // Plasma Physics and Technology. 2016. Vol. 3. No. 3. Р. 116–121. [Электронный ресурс]. URL: https://scholar.google.com/citations?user=k1CGoJcAAAAJ&hl=de#d=gs_md_citad&u=%2Fcitations%3Fview_op%3Dview_citation%26hl%3Dde%26user%3Dk1CGoJcAAAAJ%26citation_for_view%3Dk1CGoJcAAAAJ%3AZph67rFs4hoC%26tzom%3D-480 (15.07.2020).

13. Kharlov A.V. Spark channel dynamics in railgun switches in unipolar and oscillatory discharges // Laser and Particle Beams. 2019. Vol. 37. Issue 2. P. 223–230. https://doi.org/10.1017/S0263034619000429

14. Kumar L. S., Chakravarthi S.R., Sarathi R., Jayaganthan R. Thermodynamic modeling and characterizations of Al nanoparticles produced by electrical wire explosion process // Journal of Materials Research. 2017. Vol. 32. Issue 4. P. 897–909. https://doi.org/10.1557/jmr.2016.507

15. Kolmakov V.P., Grechneva M.V., Potapov V.V., Chebotnyagin L.M. Improving the quality of the tube–tube plate welded joint in welding with the energy of electrical explosion of a conductor // Welding International. 2015. Vol. 29. Issue 8. P. 633–638. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.960699

16. Potapov V.V., Kolmakov V.P., Chebotnyagin L.M. The algorithm of constructor and technological // Energy Systems Research 2019: International E3S Web Conference of Young Scientists. 2019. Vol. 114. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911403007

17. Chebotnyagin L.M., Potapov V.V., Lopatin V.V. Kinetics of deformation of alloys by pulsed pressure of an electric discharge // Russian Physics Journal. 2015. Vol. 58. No. 1. P. 56–62. https://doi.org/10.1007/s11182-015-0462-4

18. Chebotnyagin L.M., Potapov V.V., Lopatin V.V. Patterns of alloy deformation by pulsed pressure // Russian Physics Journal. 2015. Vol. 58. No. 2. P. 212–220. https://doi.org/10.1007/s11182-015-0484-y

19. Cole R.H. Underwater explosions. New Jersey: Princeton University Press, 1948. 495 р.

20. Круг К.А. Основы электротехники. Ч. 2. М.: Госэнергоиздат, 1946. 637 с.