РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ ПАРОГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ И ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА КАТОДНОГО НАГРЕВА НА ТОЛЩИНЫ ПАРОГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ

Разработана методика расчёта толщины парогазовой оболочки, формирующейся вокруг катода при электролитно-плазменном нагреве, с учётом энергетических характеристик процесса. Предложенный подход основан на анализе энергетического баланса в прикатодной зоне и учитывает влияние плотности тока, напряжения, теплофизических свойств электролита и параметров теплообмена на условия испарения и образования парогазовой смеси. Экспериментальные исследования выполнены при катодном нагреве образцов стали 20 в растворе Na₂CO₃ при напряжении 100-300 В с регистрацией температурных и электрических параметров. Численное моделирование распределения тока и энергии в околокатодной области проведено в среде COMSOL Multiphysics. Установлены зависимости толщины парогазовой оболочки от энергетических параметров разряда и показано, что её рост сопровождается переходом от пузырькового к плёночному кипению электролита и повышением интенсивности нагрева катода. Полученные результаты могут быть использованы при выборе режимов электролитноплазменной обработки и моделировании тепловых процессов в прикатодной зоне.

1. Low-temperature plasma electrolysis: Theory and practice / A.V. Kravchenko et al. – Moscow, Dnepropetrovsk: Accent PP LLC. – 2013.

2. Sinkevich, Yu.A. Modern concepts of the mechanism of electrical conductivity of the vapor-gas envelope under conditions of electrolytic anodic treatment. – 2015.

3. Electrophysical and electrochemical processing methods / Z.I. Polyakov et al. Chelyabinsk: South Ural State University. – 2006.

4. Babenko V.P. Linear voltage and current regulators / V.P. Babenko, V.K. Bityukov. – 2018.

5. Levin O.V. Experimental investigation and modeling of electrode processes in films of conducting and redox polymers. Doctoral dissertation, St. Petersburg State University. – O.V. Levin. – 2017.

6. Diskaeva E.N. Investigation of near-electrode layer properties of magnetic fluid by ellipsometric and electrophysical measurements. Doctoral dissertation. – E.N. Diskaeva. – 2006.

7. Khokhryakov E.V. Physicochemical regularities of formation of multicomponent functional coatings in the microplasma mode. Doctoral dissertation, Tomsk State University. – E.V. Khokhryakov. – 2004.

8. Kaputkin D.E. Uskorennoe diffuzionnoe nasyshchenie poverkhnosti metallov pri ehlektrokhimiko-termicheskoi obrabotke / D.E. Kaputkin, V.N. Duradzhi, N.A. Kaputkina // Fizika i khimiya obrabotki materialov. – 2020. – № 2. – S. 48-57. http://elibrary.ru/item.asp?id=43102169. (In Russian).

9. Kaputkin D.E. Accelerated Diffusion Saturation of the Metal Surface during Electrochemical Heat Treatment / D.E. Kaputkin, V.N. Duradji, N.A. Kaputkina // Inorganic Materials: Applied Research. – 2025. – Т. 16, № 3. – Р. 737-743. http://elibrary.ru/item.asp?id=82621223.

10. Kaputkin D.E. Reasons for the acceleration of the saturation of the metal surface during electrothermochemical treatment / D.E. Kaputkin, V.N. Duradji // V knige: Perspektivnye napravleniya issledovanii v nauke i tekhnologiyakh. – 2021. – Р. 101-120. http://elibrary.ru/item.asp?id=46679287. (In Russian).