Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В рамках проекта 14-19-00022 "Экспериментальные исследования пинчевых плазмоидов в периодических высоковольтных разрядах в потоке жидкости" были выполнены исследования и получены следующие результаты. Данные при проведении в экспериментальных и теоретических исследований периодических разрядов в потоке жидкости (ПРПЖ) позволили создать физическую модель процесса возникновения пинчей и плазмоидов, краткая суть которой заключается в возникновении пинчевого разряда вдоль поверхности жидкости, образовании сначала Z-пинча, а затем тета-пинчча, и дальнейшее его коллапсирование под действием собственных магнитных полей движущихся заряженных частиц. У основания пинча плотность тока может достигать нескольких десятков килоампер на квадратный миллиметр (до 5 кА при основании пинча не более 30 мк в диаметре). Построение физической модели позволяет спроектировать экспериментальные исследования. Для экспериментального исследования ПРПЖ и образующихся пинчевых плазмоидов был создан экспериментальный стенд, включающий в себя блок питания на базе высоковольтного трансформатора, выпрямительного блока и конденсатора, системы перемещения электродов вдоль рабочей поверхности образца, блока управления шаговыми двигателями, управляемыми от компьютера с помощью специально разработанного блока управления шаговыми двигателями, позволяющие осуществлять плавную подачу образца, систему контроля параметров разряда и расхода воды. Были отработаны различные методики наблюдения за ПРПЖ и пинчевыми плазмоидами и исследования структуры образцов, включающие в себя оптическую микроскопию (изучение рельефа поверхности с помощью приборов МИМ-7), растровую электронную микроскопию (изучение микроструктуры поверхности образцов и поперечных щлифов на приборах РН-660 и JSM-840), ОЖЕ-анализ (исследование химического состава приповерхностных слоев и локальных образований размером до 0,1 мкм на приборе PHI-660 фирмы Hewlett Pecering (США), рентгеновский микроанализ на приборе JSM-840 фирмы «Jeol» (Япония) с интегрированном с ним микрозондовом анализаторе ISIS фирмы «Oxford Instruments» (Великобритания), ионную масс-спектрометрию с лазерной ионизацией (определение элементного состава в пробах на приборе ЭМАЛ), выявление микроструктуры образцов методом травления полиэнергетическим пучком ионов Аг с помощью установки «ВОКАЛ», скоростную микрофотосъемку периодического разряда в приэлектродной области методом получения двухмерного изображения и трехмерного (стереоизображения) с использованием высокоскоростных камер. В результате проведенных в рамках проекта экспериментов с графитовыми электродами были получены образцы наноструктур, которые в виде осадка попадали в выпариваемую впоследствии жидкость. Подготовленные образцы исследовались в просвечивающем электронном микроскопе при ускоряющем напряжении 180 кВ. Были получены светлопольные изображения при разных увеличениях и дифракционные картины выбранных областей. Основными структурными элементами в образцах являются глобулы, волокна и двумерные образования в виде пластин неправильной формы. Большая доля образований в виде глобул имеют форму близкую к шару. Волокнообразные образования в образцах бывают прямыми и искривленной формы. Во многих случаях они собираются в пучок. Пластинообразные объекты имеют широкий диапазон размеров. В матрице таких пластин могут находиться глобулы, волокна и другие образования. В процессе исследований образцов, подвергнутых воздействию ПРПЖ, появились данные, указывающие на возможность получения материалов с пониженным содержанием примесей. Данный факт можно объяснить наличием волн давления сверхвысокой амплитуды, способствующих диффузии примесных атомов и молекул к поверхности. Исследование элементного и количественного состава проведено как в области внешнего воздействия, так и на поверхности, не подвергнутой какому- либо воздействию для образцов из вольфрама и других металлов (бескислородная медь, бериллий и др.). Все они говорят о том, что после воздействия ПРПЖ в образцах, количество примесей на поверхности увеличивается, а на глубине более 10 микрон снижается (вплоть до 0). Это может говорить о перспективах применения ПРПЖ как средства повышения чистоты металлов. В плане исследования прочности образцов после воздействия ПРПЖ были проведены испытания четырех образцов из титанового сплава типа ВТ18У. Механические свойства сплава заметно улучшились: предел прочности на 12%; относительное удлинение 9%; относительное сужение на 36%. Для исследования коррозионных свойств был выбран метод ускоренных коррозионных испытаний. Полученные данные свидетельствуют о как минимум 30-% повышении коррозионной стойкости образцов. Исследование эрозионной стойкости образцов из сплава ВТ5, показало, что после воздействия ПРПЖ они имеют износостойкость ориентировочно в 2 раза более высокую, чем в исходном состоянии. Таким образом, все планируемые на год работы выполнены полностью.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
1. В результате проведенной работы было выявлено, что при величине разрядного промежутка ≈ 8,9 мм режим разряда изменяется и становится искровым. Период между отдельными импульсами значительно возрастает. Увеличение межэлектродного расстояния влияет на энергию и частоту импульсов. Чем больше межэлектродный промежуток, тем больше время между импульсами, меньше их частота и больше выделяющаяся энергия. 2. Установлено, что пинчевый плазмоид (сжатый плазменный сгусток) во всех материалах имеет, форму миниатюрного «смерча» с основанием, равным диаметру лунки (кратера) (0,2 - 0,4 мм) и высоту порядка межэлектродного зазора (2 -4 мм). 3. Установлено что длина разряда влияет на увеличение прочности титанового сплава. Максимальный эффект достигается при длине разряда 2 и 4 мм. Рекомендуется производить обработку титановых сплавов при длине разряда ~ 4 мм. 4. Микротвердость образцов из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, например, стали 45, У8 и других сталей перлитного класса, сильно повышается после обработки периодическим разрядом в потоке жидкости (ПРПЖ). Это подтверждает выводы на основании теоретических и расчетных исследований об образовании зоны закалки при обработке таких сплавов ПРПЖ. 5.Получены экспериментальные измерения микротвёрдости поверхности образцов из сплава ВТ 3-1, подвергнутых комплексному упрочненению, включающему оксидирование (антикоррозионную обработку), «ПРПЖ» и поверхностное пластическое деформирование (ППД) в различных сочетаниях. Измерения показывают упрочнение поверхности образцов подвергнутых комплексной обработке (оксидирование + ПРПЖ ) от 10 до 75%, в зависимости от режимов ПРПЖ и среды оксидирования. Износостойкость пары «титановый сплав ВТЗ-1+ПРПЖ - бронза БрАЖ9-4» в 100 раз больше износостойкости пары «титановый сплав без ПРПЖ – бронза», при коэффициенте трения в 2 раза меньше. При этом износ бронзовой колодки в десять раз меньше, чем в паре «оксидированный титановый сплав – бронза» при износе титанового диска в 3-4 раза больше, чем упрочненного ПРПЖ, по сравнению с оксидированным. 6. Продолжены работы по исследованию условий получения сверхчистых материалов в условиях генерации ударных волн в образцах, подвергнутых ПРПЖ. В результате проведенных анализов состава в исследованном образце бериллия можно отметить следующие особенности: - не наблюдается появления новых элементов, не содержащихся в изначальном образце; - при этом на поверхности подвергнутой воздействию происходит уменьшение содержания бора (примерно в 10 раз). 7. Исследование закономерностей влияния параметров установки на появление наноструктур (нитей, глобул, фуллеренов, кластеров и др.) показало следующее. В работе установки можно выделить два характерных режима: дуговой и искровой. Дуговой режим характеризуется постоянным во времени током и напряжением и малым расстоянием между электродами (~ 1 мм). Данный режим аналогичен режиму работы известных установок для получения нанотрубок. Второй (искровой) режим – ПРПЖ. В отличие от первого во втором режиме проявляется в гораздо большем давлении окружающей газовой среды, связанной с наличием ударных волн, а также с более высокими концентрациями плазмы, обусловленными пинчеванием столба плазмы.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. В результате проведенной работы была разработана методика получения наноструктур. Получение наноструктур свотдится к комплексному упрочнению, которое включает оксидирование (антикоррозионную обработку), ПРПЖ и ППД в различных сочетаниях. Упрочнение поверхности образцов, подвергнутых комплексной обработке (оксидирование + ПРПЖ) составляет от 10 до 75%, в зависимости от режимов ПРПЖ и среды оксидирования. 2. Разработана методика получения материалов с улучшенными прочностными антикоррозийными и антиэрозийными свойствами. Методика получения сверхчистых материалов с помощью ПРПЖ сводится к обработке поверхности после её предварительной очистки. В частности, микротвердость образцов из титановых сплавов ОТ4-1 и ВТ6 повышается в среднем на 35-60 % с увеличением величины разряда. Рекомендованная длина разряда ~4 мм для максимального упрочнения указанных материалов. Оптимизированы размеры разрядного промежутка на уровне 4 – 8 мм, величины скорости перемещения образца в интервале 0,5 – 1,5 мм/с и значения тока разряда на уровне 1000 – 1200 А. Упрочнение поверхности образцов, подвергнутых комплексной обработке (оксидирование + ПРПЖ) составляет от 10 до 75%, в зависимости от режимов ПРПЖ и среды оксидирования. Износостойкость пары «титановый сплав ВТЗ-1+ПРПЖ - бронза БрАЖ9-4» в 100 раз больше износостойкости пары «титановый сплав без ПРПЖ – бронза», при коэффициенте трения в 2 раза меньше. 3. Разработана и обоснована гипотеза режима формирования пинчевых плазмоидов при взаимодействии ПРПЖ с твердотельными образцами. Большой коллектив заряженных частиц, находящихся в собственном электромагнитном поле образует компактную долгоживущую систему только в собственном гравитационном поле, т.е. в кривом пространстве-времени. В плоском псевдоевклидовом пространстве Минковского в рамках специальной теории относительности такие компактные объекты возможны только при отрицательной энергии электромагнитного поля. Таким образом, гравитационное поле является единственной причиной, фокусирующей заряженные частицы в компактный объект. 4. Объяснены причины возникновения наноструктур и материалов с улучшенными характеристиками. В работе установки можно выделить два характерных режима: дуговой и искровой. Дуговой режим характеризуется постоянным во времени током и напряжением, и малым расстоянием между электродами (около 1 мм). Дуговой режим характеризуется постоянным во времени током и напряжением, и малым расстоянием между электродами (около 1 мм). Углеродные образования имеют характерные размеры до нескольких десятков микрон. Второй (искровой) режим – ПРПЖ. Образующиеся фуллерены имеют размер 20 микрон и более, а нанотрубки достигают размера около 200 микрон. Максимальный выход наблюдался при расстоянии между электродами 4 мм и средней мощности разряда около 500 Вт частота следования импульсов должна составлять около 50 Гц. Один из электродов – графитовая трубка с диаметром канала около 1 мм, другой электрод – нержавеющая сталь. Отличие во втором режиме проявляется в гораздо большем давлении окружающей газовой среды, связанной с наличием ударных волн, а также с более высокими концентрациями плазмы, обусловленными пинчеванием столба плазмы. Объяснение причины возникновения материала с улучшенными характеристиками связано с наличием механизмов термического воздействия и ударных пластических деформаций при ПРПЖ. Волна сжатия, возникающая в пределах фронтального кратера, мгновенно переходит в волну разряжения, при этом скорость ударной волны может достигать приблизительно 4 км/сек, а скорость остывания равняется 1000 К/сек и более.