Исследование плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа поверхности металлов

Кашапов, Рамиль Наилевич

Исследование плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа поверхности металлов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Кашапов, Рамиль Наилевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Казань МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Исследование плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа поверхности металлов»

Автореферат диссертации на тему "Исследование плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа поверхности металлов"

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

КАШАПОВ Рамиль Наилевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Специальность 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о

005016750

Казань 2012

005016750

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Казанский физико-технический институт им. Е.К.Завойского Казанского научного центра Российской Академии наук

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук

Файзрахманов Ильдар Абдулкабирович

Официальные оппоненты:

Даутов Гали Юнусович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУВПО «Казанский

национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ», профессор

Кудинов Владимир Владимирович

доктор технических наук, профессор, Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова РАН, г.н.с.

Ведущая организация: ОАО Казанское опытное

конструкторское бюро «Союз»

Защита состоится _2012 г. в _ час на заседании

диссертационного совета Д 212.079.02 при ФГБОУВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ» по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, д. 10 (зал заседаний Ученого Совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ».

Электронный вариант автореферата размещен на сайте ФГБОУВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ» (www.kai.ru).

Автореферат разослан «_»_2012 года

Ученый секретарь

«—

диссертационного совета А.Г. Каримова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время разряд с жидкими электродами нашел широкое применение в химической технологии и в технологии обработки материалов, а также в других областях науки и техники.

Классические методы электрического воздействия на поверхность сталей, такие как электрохимические, электроэрозионные, электротермические и электромеханические имеют недостатки. Интерес представляет формирование микрорельефа поверхности металлов с помощью плазменно-электролитной обработки, заключающегося в совмещении двух процессов: эрозионного разрушения металла и его анодного растворения. Актуальность исследований в данном направлении обуславливается рядом преимуществ данного способа обработки перед традиционными методами: малый расход энергии, экологическая чистота процесса, отсутствие проблем утилизации побочных продуктов, высокая экономическая эффективность. Также следует отметить, что исследование многофазных систем носит фундаментальный характер.

На данный момент отсутствуют систематические экспериментальные исследования разряда в многофазных средах. Не исследованы условия зажигания разряда с жидким электролитическим катодом. Не изучены физические процессы на границе раздела плазмы и жидкости. Нет механизма влияния разряда в парогазовом пузырьке на поверхность металлов. Все вышеприведенные причины задерживают разработку технологии плазменно-электролитного формирования микрорельефа поверхности.

Работа направлена на исследование плазменно-электролитных процессов и решение актуальной проблемы создания нового метода формирования микрорельефа поверхности металлов и выполнена в рамках НИР № 1.26.11 «Физические основы плазменно-электролитного процесса», проводимого КФУ по заданию Министерства образования и науки, а также при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в рамках программ СТАРТ 1, гос. контракт №5021р/7400 "Разработка оборудования нанесения микродефектов на поверхность медицинских игл, предназначенных для ультразвуковой визуализации" и СТАРТ 2 гос. контракт №8024р/7400 «Исследование методов контроля и разработка системы контроля качества поверхности медицинских игл при микроплазменной обработке».

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось изучение механики взаимодействия плазмы разряда с жидким электролитическим катодом с поверхностью твердого тела и разработка технологии формирования микрорельефа поверхности металлов с заданными параметрами. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести обзор известных экспериментальных и теоретических исследований разрядов многофазных средах между твердыми металлическими и жидкими неметаллическими электродами, а также определить области их практических применений.

2. Разработать и изготовить установки для исследования характеристик разрядов с электролитическим катодом при плазменно-электролитном воздействии на поверхность металлов;

3. Установить условия возникновения анодных микроразрядов на поверхности твердых тел и выявить возможный механизм самоподдержания разряда;

4. Исследовать зависимость процесса формирования микрорельефа поверхности металлов от параметров электрического разряда, определить механику воздействия плазмы разряда парогазового пузырька на обрабатываемую поверхность.

5. Разработать технологию формирования микрорельефа поверхности с заданными параметрами.

Объект и методы исследования. Основным объектом исследования являются плазменно-электролитные процессы воздействия на поверхность твердых тел, а также сама поверхность металлов, при таком воздействии.

Для исследования параметров разряда с электролитическим катодом и определения условий возникновения анодных микроразрядов проводились измерения напряжения и тока разряда, температуры электролита и электрода, распределения потенциала в зоне разряда и в толще электролита, кислотности электролита; проводилась скоростная видеосъемка образования пузырьков в межэлектродном пространстве. Обработанные поверхности исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа, определялись параметры шероховатости и микротвердости поверхности.

Научная новизна работы.

1. Исследован разряд с жидким электролитическим катодом в диапазоне и = О-250В; 1 = 0-50 А; рН = 1 - 12; Т= 20- 110 °С.

2. Впервые исследован переход от процесса классического электролиза в режим горения разряда в паровоздушной оболочке.

3. Обнаружены анодные микроразряды в диапазоне напряжений 40 - 100 В;

4. Установлена зависимость напряжения зажигания разряда от кислотности электролитического катода.

5. Определено влияние формы прикладываемого напряжения на режимы плазменно-электролитного воздействия.

6. Определен механизм воздействия электрических разрядов в многофазных средах на обрабатываемую поверхность.

Практическая ценность работы. На основе экспериментальных исследований параметров разряда с электролитическим катодом разработана плазменно-электролитная технология формирования микрорельефа поверхности, в том числе медицинских игл с повышенной ультразвуковой визуализацией, которые были использованы в Республиканской клинической больнице №1 г. Казань.

Внедрены в промышленность технологические процессы и оборудование для плазменно-электролитной обработки. Экономический эффект составил 6 млн. руб в год.

На защиту выносятся следующие научные положения и выводы:

1. Результаты комплексных экспериментальных исследований генерации потоков плазмы разряда с электролитическим катодом в процессе плазменно-электролитной обработки поверхности.

2. Результаты исследований перехода из классического электролиза в режим горения разряда в паровоздушной оболочке.

3. Существование анодных микроразрядов в диапазоне напряжений 40100В.

4. Зависимость режимов генерации потоков плазмы при плазменно-электролитном формировании микрорельефа от формы прикладываемого напряжения.

5. Закономерность влияния кислотности электролитического катода на напряжение зажигания разряда.

6. Механика воздействия потока плазмы электрических разрядов на обрабатываемую поверхность.

7. Технология плазменно-электролитного формирования микрорельефа медицинских игл для ультразвуковой визуализации.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 4-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии 13-18 мая, Иваново 2005г; Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению "Индустрия наносистем и материалы", МИЭТ, Москва, 2005; Международная молодежная научная конференция, посвященная 1000-летию города Казани «Туполевские чтения», Казань, 2005; London international youth science forum. London 2005; 4-я Курчатовская молодежная научная школа, 20-22 ноября 2006 г., Москва; научных сессиях Казанского государственного технологического университета, Казань, 2006 - 2011; V и VI Российских ежегодных конференциях молодых научных сотрудников и аспирантов. ИМЕТ им. A.A. Байкова, Москва, 2008,2009; 6-я международная конференция "Физика плазмы и плазменные технологии" (ФППТ-6), Минск, Беларусь, 2009; XXXVI, XXXVII и XXXVIII Международных (Звенигородских) конференция по физике плазмы и УТС. Звенигород. 2009, 2010, 2011; I, II и 1П Республиканских научно-технических конференциях «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань, 2009,2010, 2011.

Основные результаты исследований изложены в 26 публикациях (тез. докл. на научных конференциях - 13, статей - 12, из них 3 опубликованы в журналах, определенных ВАК, 1 патент).

Личный вклад автора состоит в получении, обработке и интерпретации полученных экспериментальных данных, в подготовке материалов к публикациям. Автором изготовлены экспериментальные установки в соответствии с целями исследования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 120

наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована основная цель исследования, поставлены задачи, показаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана структура диссертации.

В первой главе проведен анализ известных экспериментальных и теоретических исследований разрядов в многофазных системах между твердыми металлическими и жидкими неметаллическими электродами, а также определены основные области их практических применений.

Во второй главе представлено описание экспериментальных установок и аппаратуры для исследования характеристик разряда с электролитическим катодом при плазменно-электролитной обработке. Экспериментальные установки предназначены для исследования плазменно-электролитного разряда в диапазоне параметров напряжения [/=0+250 В, тока /= 0-г50 А, рН=1-12. На рисунке 1 представлена функциональная схема установки, предназначенной для исследования электрических и энергетических характеристик разряда, а также для исследования распределения потенциала в межэлектродном промежутке: источник тока 1, электролитическая ванна 2, электродная система 3, осциллограф 4, добавочное сопротивление 5, , вольтметр 6, амперметр 7, термопара 8. Источник питания обеспечивает подачу регулируемого выпрямленного напряжения различной формы и состоит из диодного моста (диоды СД 246 ▼ 12-10/8) и лабораторного автотрансформатора регулируемого типа 1М с диапазоном напряжения от 1 до 250В. К источнику питания, в зависимости от условий эксперимента, подключается сглаживающий емкостной фильтр (С=1560 мкФ): А) Пульсирующую форму, получаемую после двухполупериодного выпрямления; В) Сглаженную форму,

получаемую после сглаживающего емкостного фильтра.

Рис. 1. Функциональная схема экспериментальной установки плазменно-электролитной обработки

Исследования проводили на образцах, изготовленных из стали марки 12Х18Н9Т, Ст. 3, электродов Э46-АНО-4-с1-УД-А( Ре -99%, С -0.1%, Мп-0,52%,

Si - 0,15%), меди и графита. В качестве электролита использовались растворы NaCl, Na2C03, NaOH, КОН, НС1, H2S04 (концентрацией до 15%).

Измерение напряжения и тока разряда осуществлялось с помощью двух цифровых универсальных измерительных устройств ММН-930, относительная погрешность измерения составляет 0,8%. Система измерений была автоматизирована, и включала в себя модуль ввода аналоговый измерительный МВА8 и цифровой мультиметр АРРА 305, подключенные к компьютеру. Прибор МВА8 через адаптер интерфейса RS-485 ОВЕН АСЗ подключался к компьютеру. К МВА8 были подключены 3 первичных преобразователя для контроля физических параметров плазменно-электролитной системы и преобразования их в электрические сигналы, которые преобразуются по данным номинальной статистической характеристики в цифровые значения. Опрос датчиков и обработка их сигналов измерительным устройством осуществляется последовательно по замкнутому циклу. Период опроса устанавливался равным 0,3 с. Данные с прибора МВА8 передавались на компьютер и сохранялись. Программирование прибора производилось с помощью программ «Конфигуратор МВА8». Цифровой мультиметр АРРА-305 через оптопару был подключен к входу RS-232 компьютера.

Измерение рН электролитов проводили с помощью рН-метра-милливольтметра модели рН-410, оснащенного электродом ЭСЛК-01.7.

До и после эксперимента температура электролитического катода измерялась с помощью ртутного термометра (ГОСТ 215-73 TJI-2). Температура электролита во время эксперимента измерялась с помощью АРРА-305, который оборудован термопарой К-типа (ТХА по ГОСТ Р 8.585-2001).

Изменение формы тока и напряжения разряда определяли с помощью осциллографа FLUKE 105 SCOPEMETER SERIES II, временная развертка менялась от 5 не до 60 с. С помощью скоростной видеокамеры Fastec Inline 250 были проведены исследования процесса плазменно-электролитной обработки.

Образцы исследовались на оптическом микроскопе МИР-2. Более детальный анализ морфологии поверхности и определение параметров микропрофиля проводилось с помощью электронног сканирующего микроскопа Cari ZEISS EVO 50. Полученные профилограммы оцифровывались программой Graph2Digit. Расчеты основных параметров выполнялись в электронных таблицах «Microsoft Office Excell 2003" при использовании Visual Basic. В ходе обработки вычислялось среднее арифметическое значение высоты профиля, дисперсия. В качестве оценочных величин вычислялись значение высоты неровностей профиля по десяти точкам Rz и среднее арифметическое отклонение профиля Ra.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований генерации потоков плазмы разряда с электролитическим катодом. Представлены исследования влияния кислотности раствора на зажигание газового разряда. Описан переход от состояния протекания классического электролиза к состоянию горения разряда. Описано возникновение анодных микроразрядов «малой мощности». Предложен

механизм самоподдержания разряда с электролитическим катодом при плазменно-электролитной обработке.

На рисунке 2 представлена серия осциллограмм тока и напряжения при использовании сглаживающего емкостного фильтра и без него. Для осциллограммы на рисунке 2а одна клетка соответствует по времени 5 мс., по напряжению 50 В, по току 20 А, на рисунке 26: время - 10 мс, напряжение - 2 В, ток - 0.5А. Для импульсного режима время протекания разряда составляет ~ 2 мс.

НАПРЯЖЕНИЕ

2а 26

Рис. 2. Осциллограммы плазмен.-электролитного процесса 5% NaCl: а - режим двухполупериодного выпрямления, б - режим двухполупериодного

выпрямления со сглаживающим фильтром Кривую импульса тока можно разбить на четыре участка: А-В, В-С, C-D, D-E (рис. 2а). Участок кривой А-В соответствует протеканию классического анодного растворения. Точка «В» является началом образования газового пузыря вокруг обрабатываемого электрода. Участок В-С соответствует процессу роста данного газового пузыря, при этом наблюдается резкое увеличение напряжения и уменьшение силы тока практически до нуля. В точке «С» прекращается рост газового пузыря, и на участке кривой C-D происходит сжатие газового пузыря вокруг электрода с зажиганием газового разряда. В точке «D» горение разряда прекращается, и происходит контакт электролита с электродом. Прекращается эрозионное разрушение электрода, а электрохимический процесс продолжается на участке D-E. Описанный выше импульс повторяется с частотой 100 Гц. Данный процесс похож на электроэрозионнохимический способ обработки, отличие заключается в том, что у плазменно-электролитной обработки одним из электродов является жидкость и газовый разряд горит между твердым анодом и жидким катодом.

Рассмотрим осциллограммы тока и напряжения для сглаженного режима (Рис. 26) снятые, при среднем напряжении 150 В, среднем токе 2 А. В данном режиме горит стационарный разряд в паровоздушной оболочке между твердым анодом и жидким катодом. Кривая напряжения состоит из импульсов длительностью Юме.

Два данных режима контролируются изменением прикладываемого среднего напряжения. В первом случае изменении напряжения приводит к изменению соотношения времен анодного растворения к горению разрядов в

многофазной системе. А в случае использования сглаживающего емкостного фильтра, изменение прикладываемого напряжения приводит к установлению режимов горения газового разряда или анодного растворения.

С помощью скоростной видеокамеры Fastec Inline 250 были проведены исследования процесса плазменно-электролитной обработки. На рисунке 3 представлены серии фотографий плазменно-электролитной обработки стали марки 12Х18Н9Т в 5% водном растворе хлорида натрия, полученные при скорости видеосъемки 1000 кадров в секунду, со сглаживающим емкостным фильтром и без него.

Двухполупериодное выпрямление

1 2 3 4 5 Двухполупериодное выпрямление со сглаживающим фильтром в

ШШЯЯгШШш — ■■ Я át Ф: ; 'HP'

1 2 3 4 5

Рис. 3. Серия фотографий плазменно-электролиттного процесса

Рассмотрим серию фотографий (один кадр = одна миллисекунда) двухполупериодного режима, полученную при среднем напряжении 80 В и токе 20 А. Ее можно условно разделить на три стадии. Первая - протекание электрохимических реакций, кадр №1. Далее при достижении напряжения зажигания на поверхности анода происходит инициирование горения анодных микроразрядов - это вторая стадия, которая длиться 3 мс. (2, 3, 4 кадры). Третья стадия - это образование и рост газовых пузырей (5, 6 кадр), центрами которых являются места, где ранее горели микроразряды. Скорость расширения пузыря составляет ~ 3 м/с. Таким образом, период тока длительностью 10 мс. состоит из области электрохимических реакций длительностью 4 мс., горения газовых микроразрядов - 3 мс., образование и рост газового пузыря - 3 мс. Но следует отметить, что развитие газового пузыря и его выход на поверхность электролита может продлиться до 20 мс.

Рассмотрим случай, при использовании сглаживающего емкостного фильтра (рисунок 3). Был зафиксирован переход от электролиза (кадр №1) к горению газового разряда в паровоздушной оболочке (кадр №6). Время перехода составило 48 мс. Сам переход состоит из двух частей: первая -образование и рост газового пузыря вокруг анода (2, 3, 4 кадр), скорость роста пузырька составляет 0.5 м/с., вторая стадия - всплывание газового пузыря на поверхность электролита и возникновение пленочного кипения (кадр №5).

Межэлектродное расстояние, которое определяется толщиной паровоздушной оболочки, составляет 0.3 мм. При этом газовый разряд горит в паровоздушной оболочке между металлическим анодом и электролитическим катодом.

В переходной области плазменно-электролитного процесса наблюдается возникновение анодных микроразрядов. Были зафиксированы анодные микроразряды в диапазоне напряжений от 40 до 100 В. Средний оптический радиус светящейся зоны одиночного микроразряда составил 0.05 мм. Данные анодные микроразряды схожи с описанными в работе авторов В.В. Баковец, О.В. Полякова, Н.П. Долговесиной тем, что имеют такой же размер. Однако есть два очень сильных отличия:

1) Материал анода. Анод изготовлен из вентильного металла. Характерное свойство группы вентильных металлов - свойство образовывать при анодной поляризации защитную оксидную пленку с высоким сопротивлением. А в нашем случае это была обычная сталь, при анодной поляризации происходит анодное растворение металла.

2) Напряжение составляло 340 В.

Таким образом, наблюдается другой тип анодных микроразрядов.

Дальнейшее увеличение напряжения от 100 до 150 В приводило к инициированию более крупных анодных разрядов размером 0,5 -1,5 мм.

На рисунке 4 представлены вольтамперные характеристики плазменно-электролитного процесса для двух режимов в 5% водном растворе H2SO4. ВАХ двухполупериодного режима делим на три участка. Первый участок от 0 до 65 В, в которой рост тока происходит по зависимости I ~ 0.41-U. Этой области соответствует протекание только электрохимических реакций. Вторая область от 65 В до 135 В, в которой ток растет по закону I ~ 0.26-U. При этом наблюдается горение отдельных микроразрядов на поверхности анода. Третья область от 140 В и выше. Здесь наблюдается уменьшение тока с повышением напряжения по следующей зависимости I ~ (-0.14)-U. В этом диапазоне напряжений наблюдается свечение парогазового слоя вокруг электрода без возникновения отдельных микроразрядов. Данный процесс горения разряда происходит прерывисто, при каждом новом импульсе, возникая снова и снова.

Вольтамперную характеристику для сглаживающего емкостного фильтра также делиться на три участка (Рис.4). Первый - это область протекания электрохимических реакций, от 0 до 65 В. Второй - от 65 до 135 В. Происходит резкое падение силы тока с 20 А до 2,7А и рост напряжения с 65 до 135 В. Это и есть область перехода от электролиза к горению разряда в паровоздушной оболочке. Третий участок - от 135 В и выше, наблюдается пленочное кипение и разряд горит в паровоздушной оболочке.

Сравнение данных вольтамперных характеристик друг с другом показывает, что первые области, соответствующие протеканию электрохимических реакций, совпадают. Вторая область ВАХ двухполупериодного режима, в которой наблюдается горение анодных микроразрядов, соответствует переходу анодного растворения в процесс горения разряда в паровоздушной оболочке для «сглаженного режима». В третьей области обоих режимов происходит горение газового разряда в

паровоздушной оболочке. Большее значение тока для двухполупериодного режима в сравнении со «сглаженным» режимом связано с тем, что в этом случае горение разряда чередуется с протеканием электрохимического процесса, который вносит вклад в величину тока.

25 О 225 20 0 17 5 15 0

< « — 14

25 SO 7Е

IOO 125 150 1Г5 200 225 2SO

Рис. 4. ВАХ разряда в 5% водном растворе кислоты Н2$04

25 SO 7Ъ ЮО 125 150 175 200 225 2SO U, V

Рис. 5. ВАХ разряда в 5% водном растворе NaCl

Аналогичная картина наблюдается для вольтамперных характеристик 5% водного раствора №0, представленного на рисунке 5. Первая область от 0 до 75 В соответствующая протеканию электрохимических реакций, в ней зависимость тока от напряжения I ~ 0.2-и. Вторая область от 75 до 160 В - это переход, при котором зависимость тока от напряжения I ~ 0.18-и. Для «сглаженного» режима наблюдается резкое падение тока от 23 до 3 А и повышение напряжения с 75 до 160 В. Третья область от 160 В и выше - для двухполупериодного режима зависимость I ~ (-0.12)-и. При сглаженном режиме возникает пленочное кипение и горит разряд в паровоздушной оболочке.

На рисунке 6 представлена вольтамперная характеристика плазменно-электролитного процесса в 5% растворе На2СОз.

В случае пульсирующего режима угол наклона кривой уменьшается в два раза по сравнению с разрядом в ШС1. Для «сглаженного» режима наблюдается падение тока от 9 до 1,6 А и повышение напряжения с 75 до 135 В. Третья область- от 135 В и выше. В этой области наблюдается пленочное кипение и горение разряда в паровоздушной оболочке.

Иное поведение вольтамперной характеристики наблюдается для 5% водного раствора ЫаОН (рисунок 7). Видно, что максимумы ВАХ двух режимов совпадают и равны 10 А при 40 В. Вольтамперные характеристики имеют три области. Первый от 0 до 40 В, соответствует протеканию электрохимических реакций, зависимость тока от напряжения линейная I ~ 0.37-и. Второй участок от 40 до 80 В соответствует переходу от электролиза к горению газового разряда. В случае «сглаженного» режима происходит уменьшение силы тока с 10 А до 1,5 А и увеличению напряжения до 80 В. Для двухполупериодного режима, также наблюдается резкое уменьшение силы тока с увеличением напряжения, что радикально отличается от переходных областей

в растворах кислот и солей. Третий участок от 80 и выше соответствует горению разряда в паровоздушной оболочке.

150 и. В

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

Рис. 6. В АХ разряда в 5% водном растворе рнс. 7. в АХ разряда в 5 % водном

Ка2со1 растворе ЫаОН

Исследования влияния концентрации электролита на параметры плазменно-электролитной обработки показали, что увеличение концентрации приводит к увеличению максимума вольтамперной характеристики и его смещению в область меньших напряжений. На рисунке 8 приведены вольтамперные характеристики плазменно-электролитной обработки поверхности электродов из железа в 5%, 10%, 15% водных растворах ЫаС1.

- » 5 % NaC —о—10%NaC

- ■ 15% NaC

240 220 200 180 ( 160 : 140 120 100

Рис. 9. Зависимость напряжения зажигания разряда от рН

Рис. 8. Вольтамперные характеристики плазменно-электролитной обработки

электродов марки Э46-АНО-4-с1-УД-А в 5%, 10%, 15% водных растворах NaCl

Увеличение тока объясняется увеличением концентрации носителей заряда. Однако в области от 175 В и выше все три графика приблизительно сходятся, в этой области происходит горение газового разряда - свечение парогазового слоя вокруг электрода, без возникновения отдельных микроразрядов. Данный процесс горения разряда происходит прерывисто, при каждом новом импульсе возникая снова и снова. Таким образом, изменение концентрации электролита влияет на анодное растворение металла и на область

напряжений, при которой происходит горение анодных микроразрядов, и не влияет на парогазовый разряд вокруг обрабатываемого электрода.

Исследовалось зависимость величины напряжения зажигания разряда от кислотности раствора. Было установлено, что с увеличением рН наблюдается уменьшение напряжения зажигания разряда. Данная зависимость представлена на рисунке 9. Были взяты четыре раствора и измерены их рН. 5 % водный раствор кислоты H2SO4 рН=2; 5 % водный раствор Na2S04 +2% кислоты H2SO4 рН=4; 5% водный раствор соли NaCl рН=7; 5% водный раствор Na2COj рН=7 и 5% водный раствор щелочи NaOH рН=11. Как видно увеличение концентрации гидроксид-ионов ОН" приводит к уменьшению напряжения зажигания. Это говорит о том, что необходимое количество носителей заряда (электронов) достигается при меньших напряжениях для растворов с большей концентрацией ОН". Таким образом можно говорить гидроксид-ион играет важную роль в поддержании разряда. Также было установлено, что с течением времени рН раствора падает. Этот эффект наблюдали и в работах А.И. Максимова, А.В. Хлюстовой, В.А. Титова. Во время разряда наблюдается сверхфарадеевское образование перекиси водорода Н202, что совпадает с работами О.В. Полякова, A.M. Бадаляна, Л.Ф. Бахтуровой. Исходя из всего выше сказанного можно предположить следующий механизм разряда на границе электрод-электролит:

ОН' - е —» ОН 2 ОН ->Н202

В четвертой главе представлены результаты исследований взаимодействия потока плазмы с поверхностью металлов и измерений морфологических характеристик полученных поверхностей металлов в зависимости от параметров плазменно-электролитной обработки. Описан механизм воздействия электрических разрядов на поверхность различных металлов. Разработана технология плазменно-электролитного формирования микрорельефа для повышения ультразвуковой визуализации медицинских игл. Описано устройство для плазменно-электролитной обработки медицинских игл. Представлены результаты испытаний медицинских игл на ультразвуковую визуализацию после плазменно-электролитной обработки.

ВАХ анодного процесса плазменно-электролитной обработки стали 12Х18Н9Т в растворах NaCl с различными концентрациями представлены на рисунке 10.

Рассмотрим вольтамперные характеристики с точки зрения воздействия на поверхность. Все они имеют максимум, увеличение концентрации раствора приводит к смещению данного максимума в область меньших напряжений и его росту от 15 до 45 А. Для раствора с концентрацией 1 % напряжение инициирования анодных микроразрядов составило ~ 140 В, а для концентраций 3 и 5% ~ 90 - 100 В. Также можно заметить, что для значений напряжения выше 200 В все три графика совпадают, а совпадение для концентраций 3 и 5% происходит уже при 150 В. Вольтамперные характеристики можно разделить на три области: область электролиза - анодное растворение, горение анодных микроразрядов и третья область - возникновение плазменного образования

вокруг анода, при котором разряд горит между металлическим анодом и электролитическим катодом в парах электролита.

плазменно-

Рис. 11. Межэлектродное пространство. 1 — газовые пузырьки; 2 -шлам, частицы металла

Рис. 10. ВАХ анодного процесса электролитной обработки стали 12Х18Н9Т

Вторая область - обработка поверхности горением анодных микроразрядов совместно с анодным растворением. Как видно из кривых ВАХ концентрация раствора оказывает существенное влияние, а именно инициирование анодных микроразрядов с увеличением концентрации происходит при меньших значениях напряжения. Рассмотрим межэлектродное пространство в случае возникновения анодных микроразрядов (рисунок 11).

Межэлектродный промежуток можно условно представить, как две последовательные части: участок образования газовых пузырьков вблизи анода и сама толща электролита. Прикладываемое общее напряжение U условно делиться на два, Ui - основное падение напряжения на слое газовых пузырьков сопротивлением R, и U2 - падения напряжения в толще электролита, сопротивлением R2. В эксперименте задавалось, поддерживалось и измерялось именно общее напряжение. Для инициирования анодных микроразрядов необходимо, чтобы Ui достигло пробивного напряжения Unp, которое равно произведению диаметра пузырька на напряженность в нем. Также известно, что диаметр пузырька не зависит от концентрации хлорида натрия. Следовательно, Unp должно быть одинаково для всех случаев:

Отсюда видно, что необходимое значение напряжения зажигания может быть достигнуто увеличением общего прикладываемого напряжения и уменьшением соотношения R2/ Ri. Как показали эксперименты, увеличение концентрации хлорида натрия приводит к уменьшению значения общего напряжения U, тогда должно происходить уменьшение соотношения R2 /Ri, путем увеличения R,. Известно, что анионы электролита - ионы хлора оказывают активирующее воздействие на процесс анодного растворения, то есть устраняют действие окисной пассивации:

FeO + 2СГ ->■ FeCh + О2- FeCl2 <-> Fe2+ + 2СГ

Oz- - 2e —> О

О + О —> 02f

Увеличение концентрации хлорида натрия приводит к повышению концентрации образующегося кислорода вблизи поверхности электролита, экранированию поверхности электрода, и следовательно уменьшению площади контакта электролит - электрод. Это приведет к увеличению А

образующийся шлам, попадая в толщу электролита, будет приводить к увеличению проводимости раствора и уменьшению Б^.

Третья область - воздействие на поверхность плазменным образованием, которое сопровождается уменьшением силы тока и соответствует точке падения кривой ВАХ. Так как вольтамперные характеристики в данной области для разных концентраций совпадают, то концентрация хлорида натрия не влияет на процесс горения разряда между металлическим анодом и электролитическим катодом.

На основе полученных вольтамперных характеристиках были выбраны 5 режимов (А, В, С, Б, Е) обработки стали. Режимы обработки и параметры шероховатости представлены в таблице 1, в таблице представлены их средние величины.

Скорость съема металла нелинейно зависит от прикладываемого напряжения, вначале возрастая, а затем идя на спад, что объясняется изменением плазмохимического механизма воздействия на поверхность стали. Максимальная скорость съема наблюдается в режимах, соответствующих анодному растворению обрабатываемой поверхности и составила в наших экспериментах 2,54-10"3 мм/с.

Таблица

Конц. и™ 1 Чс, ■СР Дт ш й. Иг и. «я «1 5т

раствора (В) (сек.) (мг) мм/с мкм МКМ мкм мкм мкм мкм (мм)

А 45 47.1 35 1.8 25 0.231 3.549 12.66 22.16 14.29 4.672 27.9 0.129

В 9(1 30.5 82.3 4 40 0,571 4.337 12.35 26.69 15.93 5.79 38.79 0.2157

1 % С 130 31.3 119 7.5 86 1.188 6.775 20.28 39.11 22.42 8,657 51,4 0.1725

О 180 30.6 165 8 79 1,124 4,137 16.39 25.06 14.74 5,176 32.85 0.1161

Е 220 30.3 205 22 73 1.048 4.017 16.8 23.21 14.17 4.979 27,51 0.09

А 45 30.6 40 4.3 38 0.540 3,088 11,13 16.92 10.41 3.872 22,34 0.1291

19 90 30.6 80 9 91 1.294 2.782 6.66 17.43 8.552 3.658 26,84 0.2834

3% С 130 30.6 115 15 104 1,479 2.409 10.28 19.71 13.3 3.474 26.18 0.1236

Г) 180 30.9 155 19 88 1,239 3.027 12.39 19.8 12.35 3.894 25.2 0.1042

Н 220 30 200 25 93 1,349 1.785 8.29 12.9 8.57 2.371 17.01 0.085

А 45 30.3 39 8 78 1,120 0.74 2.63 4.13 2.076 0.919 5.45 0,1103

В 90 30.5 75 24 178 2,540 5.553 21,3 33,53 18.59 7.053 44.07 0.1141

5% С 130 30.4 107 27 145 2.076 2,871 12.03 18.63 11.62 3.732 22.88 0.0896

I) 180 30.5 135 30 129 1,841 1.329 6,38 9.5 5,67 1,723 14.07 0.0566

К 220 30.7 185 25 96 1,361 0.805 4,45 6,11 3.98 1.025 7.34 0.0978

- - - - - - 0.409 1,993 3.207 2.151 0.55(1 4.519 0.0634

В зависимости от концентрации электролита в выбранных режимах реализуются те или иные плазменно-электролитные механизмы обработки поверхности. В соответствии с этим все пять режимов обработки можно разделить на три группы. Рассмотрим это на примере 3% раствора (рис. 10). Согласно ВАХ режимы А и В соответствуют протеканию анодного растворения (1 группа). Качественно морфология поверхности стали после обработки в этих режимах не отличаются, а наблюдается разница в количественных характеристиках шероховатости и скоростях съема металла (таблица 1, рис. 13).

Это объясняется более высокими значениями тока в режиме В. Режимы С иБ соответствуют области протекания анодных микроразрядов (2 группа). Из рис. 13 видно, что обработка образцов в этих режимах приводит к качественно иным изменениям микрорельефа поверхности по сравнению с 1 группой, а именно она покрыта микролунками размером менее 1мкм. Измерения параметров шероховатости поверхности показывают, что они возрастают при переходе от режима С к режиму Б (табл.1). Третья группа это режимы, в которых происходит ионно-плазменное воздействие на обрабатываемую поверхность. Этой группе, в случае 3% раствора КаС1, соответствует режим Е. Обработанная в таком режиме, поверхность имеет «губкообразную» структуру и качественно отличается от всех предыдущих структур (рис. 12). Отличаются и параметры шероховатости (табл.1). При изменении концентрации раствора изменяются параметры ВАХ, меняются интервалы напряжений, в которых реализуются различные плазменно-электролитные механизмы и режимы обработки группируются уже по другому. Например для 5% раствора ЫаС1, к первой группе относится режим А, ко второй режимы - В и С, а к третьей - Б и Е. Важно то обстоятельство, что качественные характеристики обработанной поверхности не зависят от концентрации раствора, а определяются той группой, к которой относится режим обработки.

На основе проведенных исследований была разработана технология повышения ультразвуковой визуализации медицинских игл, которая реализуется в установке «КЛёН-1». Установка может быть применена для формирования микрорельефа с параметром шероховатости 1?а от 0,2 мкм до 40 мкм на изделиях, изготовленных из жаропрочных, нержавеющих и закаленных сталей и других токопроводящих материалов. Установка может быть использована в приборостроительной, радиотехнической и других отраслях промышленности.

Наибольшей ультразвуковой визуализацией обладают мединструмент, обработанный при условиях микроплазменной обработки: и~ 60В, 1а ~13А/см2, I ~5сек, Т~25°С. Исходя из этих данных, были обработаны 4 группы медицинских иглы. Параметры микроплазменной обработки приведены в таблице 2.

Таблица 2

Номер образца и(Вольт) холостое ив 1(А) 1 (А/см2) Р (Вт) 1(сек)

1 54 48 19.7 86.9 945.6 5.7

2 54 46 9.6 13.4 441.6 15

3 54 46 9.86 16.52 453.56 15.6

4 54 43 13.33 13.244 573.19 10.4

Е (5% ЫаС1)

Рисунок 12. СЭМ-изображение поверхности образцов после плазменно-электролитной обработки.

выводы

1. Определены характеристики плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа.

2. Установлены условия протекания различных физико-химических процессов для разряда в электролите. Выявлено, что плазменно-электролитный процесс состоит: области протекания электрохимических реакций, переходной области и области, в которой происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке.

3. Впервые обнаружены анодные микроразряды в диапазоне напряжений 40-100 В. Выявлено, что в переходной области двухполупериодного режима выпрямления наблюдается горение анодных микроразрядов, а переходная область «сглаженного» режима представляет собой образование и рост газового пузыря вокруг анода, затем его всплывание и установление пленочного кипения.

4. Выявлены условия зажигания разряда и образования парогазовой оболочки для растворов с различной кислотностью. Установлены границы протекания различных физических воздействий. А именно область классического электролиза от 0 до 65 В, область неустойчивого горения газового разряда от 65 до 130 В, область устойчивого горения газового разряда от 130 В и выше. Начало устойчивого горения разрядов с повышением кислотности электролита увеличивается. Для водных растворов оснований составляет 130 В, для водных растворов солей 140 В, для кислот 180 В.

5. Определено влияние кислотности электролитического катода на напряжение зажигания разряда. Было установлено, что с увеличением рН наблюдается уменьшение напряжения зажигания разряда.

6. Показано, что увеличение концентрации электролита влияет на анодное растворение металла и на возникновение анодных микроразрядов, но не влияет на горение разряда в парогазовом слое. Таким образом горение разряда не зависит от концентрации электролита, а определяется лишь его природой, в которой ключевую роль играет гидрооксид-ион.

7. Установлена механика воздействия плазменных потоков электрических разрядов с жидким электролитическим катодом на поверхность металлов. Эрозионное разрушение происходит в результате горения большого количества самостоятельных микроразрядов между металлическим анодом и электролитическим катодом в газовых пузырьках, образующихся на поверхности электрода в разные моменты времени и развивающихся параллельно друг другу.

8. Разработана технология плазменно-электролитного формирования микрорельефа поверхности, в частности медицинских игл, используемых в УЗИ-хирургии.

Список публикаций по теме диссертации: Научные статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК:

1. Кашапов Р.Н. Исследование плазменно-электролитного процесса обработки / Р.Н. Кашапов // Перспективные материалы - 2008. - №5 - С. 466-469.

2. Кашапов Р.Н. Плазменно-электролитная обработка поверхности металлов. / Р.Н. Кашапов// Физика и химия обработки материалов - 2010. - № 5 - С. 50-56.

3. Кашапов Р.Н. Исследование влияния плазменно-электролитной обработки на поверхность аустенитных хромоникелевых сталей. / Р.Н. Кашапов // Вестник Казанского технологического университета - 2011. - №4 - С. 149-154.

Патент:

4. Пат. 2344774 Российская федерация. Медицинская дренажная игла ультразвуковой визуализации / Кашапов Р.Н.: заявитель и патентообладатель ООО «Медфизприбор»: опубликовании 7.01.2009г.

Работы опубликованные в других изданиях

5. Гайсин, А.Ф. Основные физико-химические процессы в плазменно-электролитных разрядах. / А.Ф. Гайсин, Р.Н. Кашапов // 4-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново, Россия - 2005. -С. 99-102.

6. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитная обработка медицинских игл. / Р.Н. Кашапов // Материалы конференции "Индустрия наносистем и материалы", МИЭТ, Москва - 2005 - С. 82-86.

7. Кашапов, Р.Н. Физические основы плазменно-электролитной обработки металлов. / Р.Н. Кашапов // Научные труды молодых исследователей программы «ШАГ В БУДУЩЕЕ», Т. 8. Профессионал 2005. - С.43-46.

8. Kashapov, R.N. Plasma-electrolyte processing of metals./ R.N, Kashapov // Summaries of student topics. London international youth science forum. London - 2005. - P. 11.

9. Кашапов, Р.Н. Возникновение анодных микроразрядов в электролите. / Р.Н. Кашапов // Сборник тезисов ВНКСФ-12, 23-29 марта., Новосибирск, Россия.

10. Кашапов, Р.Н. Возникновение анодных микроразрядов в конденсированной среде/ Р.Н. Кашапов // Сборник работ 4-й курчатовской молодежной научной школы, Москва. - 2006. - С. 64.

11. Кашапов, Р.Н. Микроплазменная обработка медицинских игл / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2007. - С. 273.

12. Кашапов, Р.Н. Исследование влияния плазменно-электролитного разряда на поверхность металлов / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2008. - С. 279.

13. Кашапов, Р.Н. Исследование плазменно-электролитного разряда / Р.Н. Кашапов // XXXVI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 9-13 февраля 2009. - С. 364.

14. Кашапов, Р.Н. Исследование ультразвуковой визуализации медицинских игл, после микроплазменной обработки / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2009. - С. 278.

15. Кашапов, Р.Н. Применение многоканальной системы сбора данных для микроплазменной обработки медицинских игл / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2009. - С. 278.

16. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитный процесс обработки / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2009. - С. 278.

17. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитная обработка медицинских игл используемых в УЗИ-хирургии VI Международная конференция Физика плазмы и плазменные технологии Минск, Беларусь, 28 сентября - 2 октября 2009. - С. 213217.

18. Кашапов, Р.Н. Микроплазменная обработка медицинских дренажных игл для УЗИ-хирургии / Р.Н. Кашапов //Сборник работ победителей конкурса студентов вузов по направлениям: лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника, Набережные Челны - 2009. - С. 39-49.

19. Кашапов, Р.Н. Условия формирования микроструктуры поверхности плазменно-электролитным разрядом / Р.Н. Кашапов // Сборник статей VI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов, ИМЕТ РАН, Москва - 2009. С. - 507-510.

20. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитный разряд в процессах обработки поверхности / Р.Н. Кашапов // Сборник статей научно-технической конференции «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань - 2010. С. - 187-195.

21. Кашапов, Р.Н. Исследование плазменно-электролитных разрядов в процессах обработки поверхности / Р.Н. Кашапов // XXXVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 8-12 февраля 2010. - С. 316.

22. Кашапов, Р.Н. Исследование возникновения анодных микроразрядов в электролите / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2010. - С. 253.

23. Кашапов, Р.Н. Опытно-промышленная установка микроплазменной обработки медицинских игл / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань - 2010. - С. 253.

24. Кашапов, Р.Н. Условия зажигания газового разряда в электролите / Р.Н. Кашапов // Сборник тезисов итоговой научно-образовательной конференции студентов. КГУ, Казань - 2010. - С. 45.

25. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитное формирование микроструктуры поверхности стали / Р.Н. Кашапов // XXXVIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 14-18 февраля 2010. - С..

26. Кашапов, Р.Н. О влиянии коэффициента пульсации напряжения на плазменно-электролитный процесс / Р.Н. Кашапов // Сборник статей II Республиканской научно-технической конференции «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань -2011. С. - 175-183.

Соискатель Р.Н. Кашапов

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1.25. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,02. Тираж 110. Заказ А 74

Типография КНИТУ-КАИ. 420111, Казань, К. Маркса, 10

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Кашапов, Рамиль Наилевич

Введение

Глава 1 Современное состояние исследований плазменно-электролитного разряда и его применение в технике

1.1 Газовый разряд между металлическим катодом и электролитическим анодом

1.2 Газовый разряд между металлическим анодом и электролитическим катодом

1.3 Особенности плазменно-электролитной обработки поверхности

1.4 Цель и задачи работы

Глава 2 Экспериментальные установки и методики исследований

2.1 Экспериментальные установки исследования плазменно-электролитного разряда

2.2 Измерительная аппаратура, методика проведения экспериментов

2.3 Физико-механические методы исследования характеристик поверхности

Глава 3 Экспериментальные исследования плазменно-электролитного разряда в процессах формирования микроструктуры поверхности

3.1 Энергетические и электрические характеристики плазменно-электролитного разряда

3.2 Возникновение анодных микроразрядов при плазменно-электролитной обработке

3.3 Влияние рН-раствора на зажигание газового разряда в электролите

Глава 4. Формирование микроструктуры поверхности плазменно-электролитным разрядом

4.1 Характеристики микроструктуры поверхности в зависимости от параметров плазменно-электролитной обработки

4.2 Условия формирования структуры поверхности, при которой происходит эффективное отражение ультразвуковых волн

4.3 Устройство плазменно-электролитной обработки медицинских игл

4.4 Испытания на ультразвуковую визуализацию медицинских игл

Выводы

Введение диссертация по механике, на тему "Исследование плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа поверхности металлов"

В последнее время разряд с жидкими электродами нашел широкое применение в химической технологии и в технологии обработки материалов, а также в других областях науки и техники.

Классические методы электрического воздействия на поверхность сталей, такие как электрохимические, электроэрозионные, электротермические и электромеханические имеют недостатки. А именно высокий расход энергии, экологическое загрязнение, проблемы утилизации побочных продуктов, трудность получения требуемого профиля поверхности в определенных масштабах. В связи с этим остро стоит вопрос о разработке и исследовании новых энергосберегающих, экологически безвредных и экономически выгодных методах воздействия на поверхность.

Среди технологий обработки материалов одним из новых методов обработки поверхности металлов является плазменно-электролитный процесс. Данный метод обработки осуществляется при подаче напряжения на электроды, находящиеся в растворе электролита, в результате вокруг активного электрода горит парогазовый разряд. Особенность данного разряда заключается в том, что он горит между твердым и жидким электродом. Активным электродом может являться анод или катод. При горении разряда на катоде происходит очистка и полировка обрабатываемого изделия, так же при определенных условиях возможно нанесение покрытий. При анодном процессе на «вентильных» металлах происходит анодное оксидирование совместно с горением микродуг, данный процесс принято называть микродуговым оксидированием. На металлах, не обладающих «вентильным эффектом», наблюдается эрозионное разрушение металла и его анодное растворение.

Интерес представляет формирование микрорельефа поверхности металлов с помощью плазменно-электролитной обработки, заключающегося в совмещении двух процессов: эрозионного разрушения металла и его анодного растворения. Актуальность исследований в данном направлении обуславливается рядом преимуществ данного способа обработки перед традиционными методами: малый расход энергии, экологическая безвредность процесса, отсутствие проблем утилизации побочных продуктов, высокая экономическая эффективность. Также следует отметить, что исследование многофазных систем носит фундаментальный характер.

На данный момент отсутствуют систематические экспериментальные исследования разряда в многофазных средах. Не исследованы условия зажигания разряда с электролитическим катодом. Не изучены физические процессы на границе раздела плазмы и жидкости. Нет механизма влияния разряда в парогазовом пузырьке на поверхность металлов. Все вышеприведенные причины задерживают разработку технологии плазменно-электролитного формирования микрорельефа поверхности.

1. Провести обзор известных экспериментальных и теоретических исследований разрядов в многофазных средах между твердыми металлическими и жидкими неметаллическими электродами, а также определить области их практических применений;

5. Разработать технологию формирования микрорельефа поверхности с заданными параметрами.

Научная новизна работы.

1. Исследован разряд с жидким электролитическим катодом в диапазоне и = О - 250В; I = 0 - 50 А; рН = 1 - 12; Т= 20 - 110 °С.

3. Обнаружены анодные микроразряды в диапазоне напряжений 40 - 100 В;

4. Установлена зависимость напряжения зажигания разряда от кислотности электролитического катода.

5. Определено влияние формы прикладываемого напряжения на режимы плазменно-электролитного воздействия.

Практическая ценность работы заключается в следующем: На основе экспериментальных исследований параметров разряда с электролитическим катодом разработана плазменно-электролитная технология формирования микрорельефа поверхности, в том числе медицинских игл с повышенной ультразвуковой визуализацией, которые были использованы в Республиканской клинической больнице № 1 г. Казань.

На защиту выносятся следующие научные положения и выводы:

3. Существование анодных микроразрядов в диапазоне напряжений 40-100В.

5. Закономерность влияния кислотности электролитического катода на напряжение зажигания разряда.

6. Механика воздействия потока плазмы электрических разрядов на обрабатываемую поверхность.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 4-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии 13-18 мая, Иваново 2005г; Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению "Индустрия наносистем и материалы", МИЭТ, Москва, 2005; Международная молодежная научная конференция, посвященная 1000-летию города Казани «Туполевские чтения», Казань, 2005; London international youth science forum, London 2005; 4-я Курчатовская молодежная научная школа, 20-22 ноября 2006 г., Москва; научные сессии Казанского государственного технологического университета, Казань, 2006 - 2011; V и VI Российские ежегодные конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, ИМЕТ им. A.A. Байкова, Москва, 2008,2009; 6-я международная конференция "Физика плазмы и плазменные технологии" (ФППТ-6), Минск, Беларусь, 2009; XXXVI, XXXVII и XXXVIII Международные (Звенигородские) конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород, 2009, 2010, 2011; I, II и III Республиканские научно-технические конференции «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань, 2009,2010, 2011.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 125 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

104 ВЫВОДЫ

1. Определены характеристики плазменно-электролитных процессов формирования микрорельефа.

6. Показано, что увеличение концентрации электролита влияет на анодное растворение металла и на возникновение анодных микроразрядов, но не влияет на горение разряда в парогазовом слое. Таким образом, горение разряда не зависит от концентрации электролита, а определяется лишь его природой, в которой ключевую роль играет гидрооксид-ион.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Кашапов, Рамиль Наилевич, Казань

1. Слугинов, Н.П. Разряд гальванического тока через тонкий слой электролита / Н.П. Слугинов// Журнал русского-физического общества. -1878. Т. 10, вып. 8. - С. 241-243.

2. Слугинов, Н.П. О световых явлениях, наблюдаемых в жидкостях при электролизе/ Н.П. Слугинов// Журнал русского-физического общества. -1880.-Т.12, вып. 1.-С. 193-203.

3. Антропов, Л.И. Теоретическая электрохимия/ Л.И. Антропов. М.: «Высшая школа». 1969. - 370 с.

4. Gubkin, A.N. Electrolytische metallabschenidung an der oberflache einer salzlosng./ A.N. Gubkin // Wied. 1884. - B.32 - P. 114-118.

5. Писаржевский, Л.В. Пути электронов в растворе при электролизе с искровым катодом./ Л.В. Писаржевский, М.А. Розенберг. Электроны в химии Изд-во. АН УССР, 1956.- Гл. 3, § 2.- С.83-107.

6. Davies, R. A. Glow discharge electrolysis. Part I. The Anodic formation of hydrogen peroxide in inert electrolysis. / R. A. Davies, A. Hickling // Journal chemical society - 1952. - P. 3595 - 3602.

7. Pat. 2,632,729 USA. Polymerization by glow discharge electrolysis / Woodman, J. F.: Rohm and Haas company: publication 24.03.1953

8. Hickling, A. Glow discharge electrolysis. Part II The Anodic oxidation of ferrous sulphate / A. Hickling, J. K. Linacre // Journal chemical society - 1954. -P. 711 -720.

9. Hickling, A. Contact glow discharge electrolysis/ A. Hickling, M.D. Ingram// Trans. Faraday society - 1963. - 60 - P. 783 - 793.

10. Denaro, A.R. Glow-discharge electrolysis in aqueous solutions / A. R. Denaro, A. Hickling // Journal of the electrochemical society 1958. - Vol. 105, №5.-P. 265 -270.

11. Denaro, A.R Glow-discharge electrolysis of sulphuric acid solutions / A. R. Denaro, K.O. Houch // Electrochemica Acta 1972. - Vol. 17. - P. 549 - 559.

12. Лазаренко, Б.Р. Вольтамперные характеристики электрического разряда между металлическим и электролитным электродами/ Б.Р. Лазаренко, А.А. Факторовин, В.Н. Дураджи // Электронная обработка материалов 1972. - №3. - С. 29-33.

13. Лазаренко, Б.Р. Об особенностях электролитного нагрева при анодном процессе/ Б.Р. Лазаренко, В.Н. Дураджи, А.А. Факторовин // Электронная обработка материалов 1974. - №3. - С. 37-40.

14. Лазаренко, Б.Р. Химико-термическая обработка металлов электрическими разрядами в электролитах при анодном процессе/ Б. Р. Лазаренко, А.А. Фактовин, В.Н. Дураджи // Электронная обработка материалов 1974. - №5. - С. 11-15.

15. Лазаренко, Б.Р. Образование парогазовой оболочки при нагреве анода электронной плазмой / Б.Р. Лазаренко, П. Н. Белкин, А.А. Факторовин // Электронная обработка материалов 1975. - №6. - С. 31-33

16. Лазаренко, Б.Р. Прохождение электрического тока через электролиты/ Б.Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко // Электронная обработка материалов 1978.- №1. С. 5-9.

17. Лазаренко, Б.Р. О структуре и сопротивлении приэлектродной зоны при нагреве металлов в электролитной плазме /Б.Р. Лазаренко, В.Н. Дураджи, И. В. Брянцев // Электронная обработка материалов 1980.- №2. - С. 50-55.

18. Harada, К. Syntheses of amino acids from aliphatic carboxylic acid by glow- discharge electrolysis. / K. Harada, T. Iwasaki// Nature 1974. - vol. 250. - P. 426-428.

19. Дураджи, В.Н. Об установлении стабильной стадии нагрева при анодном процессе/ В.Н. Дураджи// Электронная обработка материалов -1975. №5 - С. 44-47.

20. Дураджи, В.Н. Цементация и нитроцементация стали при нагреве в электролитной плазме /В.Н. Дураджи, И.В. Брянцев, Е. А. Паснковский // электронная обработка материалов 1977 - №2 - С. 15-18.

21. Дураджи, В.Н. Распределение температуры образца при нагреве в электролитной плазме./ В.Н. Дураджи, И. В. Брянцев // Электронная обработка материалов 1978. - №2. - С. 53-56.

22. Дураджи, В.Н. Науглероживание стали в электролитной плазме при анодном процессе/ В. Н. Дураджи, И. В. Брянцев, A.M. Mo крова и др// Электронная обработка материалов 1979. - №6. - С. 20-24.

23. Белкин, П. Н. Влияния размеров анода на его температуру при нагреве электролитной плазмы/ П. Н. Белкин// Электронная обработка материалов -1976. №2.-С. 40-42.

24. Белкин, П. Н. Стабилизация парогазового слоя при анодном нагреве в растворах электролитов/с. 159, Депортирована в ВИНИТИ 06. 02. 89. per № 781-В89

25. Словецкий, С. Д. Механизм пламенно-электролитного нагрева металлов / Д.И. Словецкий С. Д. Терентьев, В.Г. Плеханов// Теплофизика высоких температур 1986. - Том 24, № 2. - С. 353- 363.

26. Slovetskii, D.I. Parameters of an electric discharge in electrolytes and physicochemical processes in an electrolyte plasma / D.I. Slovetskii, S.D. Terent'ev // High Energy Chemistry 2003. - vol. 37, number 5. P. 355- 361.

27. Kanzaki, Y. Glow-discharge electrolysis of aqueous sulfuric acid solution in various atmosphere / Y. Kanzaki, M. Hirabe, O. Matsumo // J. Electrochem. Soc. : Electrochemical science and technology 1986. - Vol 133, №11. - P. 2267 -2270.

28. Valiev, R.A. Special traits of powder obtained in discharge between steel electrode and electrolyte. // R.A. Valiev, F.M. Gaisin, Yu.I. Shakirov / Soviet powder metallurgy and metal ceramics 1991. - T. 30, № 6. - C. 448-450.

29. Gaisin, F.M. Vapor-gas discharge with nontraditional electrodes.// F.M. Gaisin, R.K. Galimova, R.G. Khakimov / Электронная обработка материалов -1994. №5.-С. 27-29.

30. Basyrov, R.S. Spatial distribution of parameters of a smoldering discharge in an electrically negative gas flow.// R.S. Basyrov, F.M. Gaisin, A.M. Minnigulov, B.A. Timerkaev / High Temperature 1994. - T. 32, № 3. - C. 334-338.

31. Гайсин, Ф.М. Создание научных основ физики низкотемпературной плазмы парогазового разряда с нетрадиционными электродами (электролитами). /Гайсин Ф.М., Басыров Р.Ш. Галимова Р.К. // Информационный бюллетень РФФИ 1994. - Т. 2, № 2. - С. 396.

32. Морозова, Н.К. ЯМР исследование жидкостей, обработанных парогазовым разрядом. // Морозова Н.К., Галимова Р.К., Гайсин Ф.М./Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева 1997.-№ 1.-С. 112-115.

33. Гайсин, А.Ф. Получение оксидного порошка в струйном многоканальном разряде между электролитическим анодом и металлическим катодом при атмосферном давлении. //Гайсин А.Ф., Гумеров А.З., Абдуллин И.Ш. / Перспективные материалы 2007. - № 1. - С. 73-77.

34. Гайсин, А.Ф. Об особенностях многоканального разряда с твердым и электролитическим электродами при атмосферном давлении. //А.Ф. Гайсин,

35. Е. Сон /Теплофизика высоких температур 2007. - Т. 45. № 2. - С. 316-317.

36. Шайдуллина, А.Р. Особенности многоканального разряда со струйным электролитическим анодом при атмосферном давлении.// А.Р. Шайдуллина, Ф. М. Гайсин, Э. Е. Сон /Теплофизика высоких температур 2008. - Т. 46, №4. С. 623-625.

37. Каюмов, Р. Р. Некоторые особенности многоканального разряда между струей электролита и электролитической ячейкой при атмосферном давлении //Р. Р. Каюмов, Ф. М. Гайсин /Теплофизика высоких температур 2008. - Т. 46, №5.-С. 784-786.

38. Kayumov, R.R. Some features of a multichannel discharge between a jet of electrolyte and an electrolytic cell at atmospheric pressure // Kayumov R.R., Gaisin F.M. /High Temperature 2008. - T. 46, № 5. - C. 718-720.

39. Логинов, H. А. Особенности многоканального разряда в пористом твердом катоде //Н. А. Логинов, Аз. Ф. Гайсин, Э. Е. Сон, Ф. М. Гайсин, Ал. Ф. Гайсин. /Теплофизика высоких температур 2009. - Т. 47, № 4. - С. 633635.

40. Багаутдинова, Л.Н. Многоканальный разряд в проводящей жидкости при атмосферном давлении //Л. Н. Багаутдинова, Ф. М. Гайсин /Теплофизика высоких температур 2010. - Т. 48, № 1. - С. 135-138.

41. Гайсин, А.Ф. Паровоздушный разряд между электролитическим анодом и металлическим катодом при атмосферном давлении. //Гайсин А.Ф./ Теплофизика высоких температур 2005. - Т. 43, № 5. - С. 684-690.

42. Ахатов, М.Ф. Энергетические характеристики паровоздушного разряда с электролитическими и пористыми электролитическими электродами. //Ахатов М.Ф., Гайсин А.Ф., Тазмеев Х.К./ Физика и химия обработки материалов 2005. - № 6. - С. 32-37.

43. Гайсин, А.Ф. Паровоздушный разряд с пористым электролитическим катодом при атмосферном давлении. //Гайсин А.Ф., Тазмеев Х.К./ Теплофизика высоких температур 2005. - Т. 43, № 6. - С. 813-819.

44. Гайсин, А.Ф. Многоканальный разряд между проточным электролитическим катодом и металлическим анодом при атмосферном давлении. //Гайсин А.Ф./ Теплофизика высоких температур 2006. - Т. 44, № З.-С. 343-349.

45. Гайсин, А.Ф. Нестационарный многоканальный разряд между струей электролита и металлическим электродом при атмосферном давлении.

46. Гайсин А.Ф./ Теплофизика высоких температур 2006. - Т. 44, № 5. - С. 796797.

47. Хазиев, P.M. Исследование паровоздушного разряда с электролитическими электродами для применения в экологических целях. //Хазиев P.M., Гайсин Ф.М., Галимова Р.К./ Энергосбережение и водоподготовка 2006. - № 2. - С. 73-74.

48. Cserfalvi, Т. Operating mechanism of the electrolyte cathode atmospheric glow discharge/ T. Cserfalvi, P.Mezei// Fresenins J Anal Chem - 1996. - №355. -P. 813-819.

49. Mezei, P. Pressure dependence of the atmospheric electrolyte cathode glow discharge spectrum. / P. Mezei, T. Cserfalvi, H. Jonossy // Journal of analytical atomic spectrometry 1997. - vol 12. - P. 1203- 1208.

50. Cserfalvi, T. Subnanogram sensitive multimetal detector with atmospheric electrolyte cathode glow discharge / T. Cserfalvi, P. Mezei // J. Anal. Spectrom -2003.-V. 18.-P. 596- 602.

51. Белошев, В.П. Исследование лидера искрового разряда по поверхности воды/В.П. Белошев// Журнал технической физики 1998. - Т. 68, №7. - С. 44-50.

52. Белошев, В.П. Лидерный разряд на поверхности воды в виде фигур Лихтенберга/В.П. Белошев// Журнал технической физики 1998. - Т. 68, № 11.-С. 63-66.

53. Белошев, В.П. Самосоглосованность развития и франтальность структуры лидерного разряда на поверхность воды /В .П. Белошев// Журнал технической физики 1999. - Т. 69, вып. 4. - С. 35-40.

54. Шамко, В.В. Приближенное подобие электрофизических и кинематических процессов при импульсном коронном разряде в сильных электролитах/ В.В. Шамко, Е.В. Кривицкий, В.В. Кучеренко// Журнал технической физики 1998. - Т. 69, вып. 5. - С. 30-34.

55. Тесленко, B.C. Генерация и фокусировка ударно-акустических волн в жидкости многоочаговым электрическим разрядом/ B.C. Тесленко, А.П. Дрожжин, А.Н. Жуков, В.В. Митрофанов // Журнал технической физики -1999. Т. 69, вып. 4. - С. 138-140.

56. Тесленко, B.C. Генерация автоколебательных процессоров при диафрагменном разряде в электролите / B.C. Тесленко, А.П. Дрожжин, A.M. Карташов// Письма В ЖТФ 2001. - Т. 27, вып. 20. - С. 83-88.

57. Тесленко, B.C. Автоцикличный кольцевой пробой в электролите с вынужденным коллапсом пузырьков/ B.C. Тесленко, А.П. Дрожжин, Г.Н. Санкин // Письма В ЖТФ 2006, том. 32, вып.4, 24-31.

58. Synthesis and characterization of hard metal coating by electro-plasma technology. / P. Gupta, E.O. Daigle, P.J. Schilling // Surface and coating Technology 2005. - 200. - P. 1587 - 1594.

59. Yerokhin, A.L. Characterization of oxide films produced by plasma electrolytic oxidation of a Ti 6A1 - 4V alloy / A.L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland // Surface and coating Technology - 2000. - 130. - P. 195-206.

60. Nie, X. Characteristics of a plasma electrolytic nitrocarburising treatment for stainless steels / X. Nie, C. Tsotsos, A. Wilson, A.L. Yerokhin // Surface and coating Technology 2001. - 199. - P. 135 - 142.

61. Yerokhin, A.L. Discharge characterization in plasma electrolytic oxidation of aluminum / A.L. Yerokhin, L.O. Shizhko, N.L. Gurevina // J. Phys. D : Appl. Phys. -2003.-36.-P. 2110-2120.

62. Поляков, О.В. Исследование строения первичной реакционной зоны раствора в условиях воздействия анодных микроразрядов/ О.В. Поляков, A.M. Бадалян, Л.Ф. Бахтурова// Химия в интересах устойчивого развития -2001. Т9, №6. - С.749-757.

63. Поляков, О.В. Выход разложения воды и пространственное распределение первичных радикалов в приразрядном объеме электролитного катода/ О.В. Поляков, A.M. Бадалян, Л.Ф. Бахтурова// Химия высоких энергий 2002. -Т.36,№4.-С. 315-319.

64. Поляков, О.В.Плотность тока и перенос заряда на межфазной границе тлеющий разряд электролитный катод/ О.В. Поляков // Конденсированные среды и межфазные границы - 2003. - Т5, №1. - С. 102-105.

65. Поляков, О.В.Выходы радикальных продуктов разложения воды при разрядах с электролитными электродами / О.В. Поляков, A.M. Бадалян, Л.Ф. Бахтурова // Химия высоких энергий 2003. - Т37,№5. - С. 367-372.

66. Поляков, О.В. Соотношение вкладов плазменно-пиролитических и жидкофазных реакции при действии анодных микроразрядов на водные растворы фенола / О.В. Поляков, A.M. Бадалян, Л.Ф. Бахтурова // Химия высоких энергий 2004. - Т.38, №2. - С. 158-160.

67. Поляков, О.В. Роль концентрации электролита при разложении воды и генерации электролитов в условиях анодных микроразрядов / О.В. Поляков, A.M. Бадалян, Л.Ф. Бахтурова // Химия высоких энергий 2005. - Т.39, №2. -С. 140-142.

68. Баковец, В.В. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов / В.В. Баковец, О.В. Поляков, Н.П. Долговесина Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, - 1990. - 168с.

69. Тюрин, Ю.Н. Особенности электролитно-плазменной закалки / Ю.Н. Тюрин, А.Д. Погребняк. // Журнал технической физики 2002. - Т. 72, вып 11.-С. 119-120.

70. Meletis, Е.Т. Electrolytic plasma processing for cleaning and metal -coating of steel surfaces. / E.T. Meletis, X. Nie, F.L. Wang // Surface and coating technology 2002. - 150. - P. 246 - 256.

71. Хлюстова, A.B. Коэффициенты эмиссии электронов из растворов электролитов./ A.B. Хлюстова, А.И. Максимов, В.А. Титов. // 3-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии. Плес. Сборник материалов 2002. - Т.1. - С. 106-107.

72. Хлюстова, A.B. Процессы переноса компонентов растворов электролитов в зону плазмы тлеющего разряда атмосферного давления./ A.B.

73. Хлюстова, А.И. Максимов, В.А. Титов. // 3-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии. Плес. Сборник материалов -2002. Т.1. - С. 110-111.

74. Хлюстова, A.B. Катодное падение потенциала и коэффициенты электронной эмиссии из жидкого катода в тлеющем разряде атмосферного давления / A.B. Хлюстова, А.И. Максимов. // Электронная обработка материалов 2002. - №5 - С. 35-37.

75. Хлюстова, A.B. Процессы переноса нейтральных и заряженных частиц из раствора в зону плазмы. / A.B. Хлюстова, А.И. Максимов. // Электронная обработка материалов 2003. - №1. - С. 44-46.

76. Хлюстова, A.B. Излучение тлеющего разряда с электролитным катодом и процессы переноса нейтральных и заряженных частиц из раствора в плазму./ A.B. Хлюстова, А.И. Максимов, В.А. Титов. // Химия высоких энергий 2004. - Т.38, №3. - С. 227 - 230.

77. Хлюстова, A.B. Резонансное излучение катодного слоя тлеющего разряда с электролитными катодами./ A.B. Хлюстова, А.И. Максимов, Е.М. Сафиуллина. // Электронная обработка материалов 2004. - №4. - С. 79-82.

78. Кутепов A.M. Физико-химические и технологические проблемы исследования плазменно-растворных систем./А.М. Кутепов, А.Г. Захаров, А.И. Максимов и др.// Химия высоких энергий 2003. - Т.37, №5. - С. 362 -366.

79. Санкин Г.Н. Многоочаговый диафрагменный электроразрядный генератор ударных волн в жидкости./ Г.Н.Санкин, А.П. Дрожжин, К.А. Ломанович, B.C. Тесленко// Приборы и техника эксперимента 2004. - № 4. -С. 114-118.

80. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование)/Н.В. Суминов, А.В. Эпельфельц, В.Б. Людин и др М.: ЭКОМЕТ. - 2005. -368стр.

81. Confirmation of heat generation and anomalous element caused by plasma electrolysis in the liquid / T. Mizumo, T. Ohmori, K. Azumi and all // Conference proceedings Vol 70, "ICCF8" Societa Italiana Di Fisica, Bologna 2000. - P.75 -81.

82. Titov V. A. Characteristics of atmospheric pressure air glow- discharge with aqueous electrolyte cathode / V. A. Titov, V.V. Rybkin, A.I. Maximiv and all // Plasma chemistry and plasma processing 2005. - V. 25, № 5. - P. 503-518.

83. Gai K. Aqueous benzoquinone degradation induced by plasma with glow -discharge electrolysis / K. Gai// Canadian Journal of Analytical Sciences and Spectroscopy 2006. - V. 51, №. 4. - P. 181-186.

84. Paulmier T. Deposition of nano-crystalline graphite films by cathodic plasma electrolysis / T. Paulmier, J.M. Bell, P.M. Fredericks // Thin Solid Films -2007.-515.-P. 2926-2934.

85. Paulmier T. Plasma electrolytic deposition of titanium dioxide nanorods and nano-particles / T. Paulmier, J.M. Bell, P.M. Fredericks // Journal of materials processing technology 2008. - 208. - P. 117- 123.

86. Webb M.R. New designs and detection strategies for glow discharge as an alternative spectrochemical source. / M.R. Webb. - Indiana University. - 2007. -251.

87. Junzhang G. Analysis of energetic species caused by contact glow -disharge electrolysis in aqueous solution./ G. Junzhang, W. Aixiang, Fu Yan // Plasma Science and Technology 2008. - Vol. 10, №1. - P. 30-38.

88. Hyderabad. Development of electrolyte cathode glow discharge atomic emission spectroscopy for the analysis of elements at trace and ultra trace levels/ Hyderabad// BARC news letter - 2009. - issue № 301. - P. 11-14.

89. Вялых Д.В. Исследование устойчивости границы раздела жидкий электролит плазма тлеющего разряда/ Д.В. Вялых, А.Е. Дубинов, К.Е. Михеев и др.// Журнал технической физики - 2005. - Т.75, вып 10. - С. 126127.

90. Сысун, В.Н. Зондовые методы диагностики плазы. Учебное пособие / В.Н. Сысун.- Петрозаводск : Изд-во Петр ГУ. 1997. - 60с.

91. Райзер, Ю.П. Физика Газового разряда / Ю.П. Райзер М.: Наука -1987.-505 с.

92. Грановский, B.JI. Электронный ток в газе /В.Л. Грановский М: Наука- 1971.- 102 с.

93. Хаддстоун, Р. Диагносика плазмы / Р. Хаддстоун, С. Ленард М: МИР,- 1967.- 169 с.

94. Зайдель, А.Н. Погрешности измерений физических величин/ А.Н. Зайдель Л.: Наука, - 1985.- 112 с.

95. Баширов, Ф.И. Лабораторные работы общего физического практикума раздел электричество и магнетизм: электрические измерения, электростатика./ Ф.И Баширов, Л.М. Покровская Казань, - 1988. - 50 с.

96. Ясногородский И.З. Нагрев металлов и сплавов в электролите /И.З.Ясногородский М: Машгиз, - 1949. - 345 с.

97. Кашапов, Н.Ф. «Физические основы плазменно-электролитной обработки металлов»/ Н.Ф Кашапов, Р.Н. Кашапов // 4-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново, Россия -2005.-С. 361-364.

98. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитная обработка медицинских игл. / Р.Н. Кашапов // Материалы конференции "Индустрия наносистем и материалы", МИЭТ, Москва 2005 - С. 82-86.

99. Kashapov, R.N. Plasma-electrolyte processing of metals./ R.N. Kashapov // Summaries of student topics. London international youth science forum. London -2005.-P. 11.

100. Кашапов, P.H. Физические основы плазменно-электролитной обработки металлов. / P.H. Кашапов //Научная сессия КГТУ, Казань 2005. -С. 36.

101. Гайсин, А.Ф. Основные физико-химические процессы в плазменно-электролитных разрядах. / А.Ф. Гайсин, Р.Н. Кашапов // 4-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново, Россия -2005.-С. 99-102.

102. Кашапов, Р.Н. Возникновение анодных микроразрядов в конденсированной среде/ Р.Н. Кашапов // Сборник работ 4-й курчатовской молодежной научной школы, Москва. 2006. - С. 64

103. Исламов, Д.Р., Кашапов Р.Н., Фатхутдинов А.Р. Плазменно-электролитный разряд с угольным электродом / Д.Р. Исламов, Р.Н. Кашапов, А.Р. Фатхутдинов // Научная сессия КГТУ, Казань 2008. - С. 277

104. Кашапов, Р.Н. Микродуговое оксидирование в ортопедической стоматологии / Р.Н. Кашапов, А.Ф. Хайрутдинов //Научная сессия КГТУ, Казань-2008.-С. 278.

105. Кашапов, Р.Н. Исследование влияния плазменно-электролитного разряда на поверхность металлов / Р.Н. Кашапов // Научная сессия КГТУ, Казань-2008.-С. 279.

106. Кашапов, Р.Н. Медицинская игла ультразвуковой визуализации / Р.Н. Кашапов // I городская студенческая конференция «Междисциплинарные исследования в области естественных наук», Казань 2008. - С. 5.

107. Кашапов, Р.Н. Исследование плазменно-электролитного процесса обработки / Р.Н. Кашапов // Перспективные материалы 2008. - №5 - С. 466469.

108. Кашапов, Р.Н. Исследование плазменно-электролитного разряда / Р.Н. Кашапов // XXXVI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 9-13 февраля 2009. С. 364.

109. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитная обработка медицинских игл используемых в УЗИ-хирургии VI Международная конференция Физика плазмы и плазменные технологии Минск, Беларусь, 28 сентября 2 октября 2009.-С. 213-217.

110. Кашапов, Р.Н. Условия формирования микроструктуры поверхности плазменно-электролитным разрядом / Р.Н. Кашапов // Сборник статей VI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов, Москва 2009. С. - 507-510.

111. Пат. 2344774 Российская федерация. Медицинская дренажная игла ультразвуковой визуализации / Кашапов Р.Н.: заявитель и патентообладатель ООО «Медфизприбор»: опубликовании 7.01.2009г.

112. Кашапов, Р.Н. Плазменно-электролитная обработка поверхности металлов / Р.Н. Кашапов // Физика и химия обработки материалов -2010,- №5 С. 50-56.

113. Кашапов, Р.Н. Исследование влияния плазменно-электролитной обработки на поверхность аустенитных хромоникелевых сталей / Р.Н. Кашапов // Вестник КГТУ 2011,- №4 - С. 149-154.