vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-4-391-398vestift-696Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYКорреляция радиуса катодного пятна вакуумной дуги металлов и размера генерируемых микрокапельCorrelation of radius of cathode spot of vacuum arc of metals on the size of generated dropletsМарковГ. В.MarkovG. V.

Марков Геннадий Васильевич – кандидат технических наук, главный научный сотрудник

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Gennady V. Markov – Ph. D. (Engineering), Senior Researcher

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

ВолочкоА. Т.VolochkoA. T.

Волочко Александр Тихонович – доктор технических наук, профессор, начальник отдела

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Alexander T. Volochko – D. Sc. (Engineering), Professor, Head of the Department

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

volochkoat@mail.ruЗалесскийВ. Г.ZaleskiV. G.

Залесский Виталий Геннадьевич – доктор физико-математических наук, директор института

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Vitali G. Zaleski – D. Sc. (Physics and Mathematics), Director

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

v.zalesski@phti.byМельникН. Ю.MelnikN. Yu.

Мельник Наталья Юрьевна – научный сотрудник

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск, Республика Беларусь

Natalia Yu. Melnik – Researcher

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk, Republic of Belarus

bukato_n@tut.byФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus202126122021664391398Copyright © Марков Г.В., Волочко А.Т., Залесский В.Г., Мельник Н.Ю., 20212021Марков Г.В., Волочко А.Т., Залесский В.Г., Мельник Н.Ю.Markov G.V., Volochko A.T., Zaleski V.G., Melnik N.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/696

Получено простое соотношение для оценки радиуса катодного пятна вакуумной дуги чистых металлов, и на его основе установлена корреляционная связь между радиусом катодного пятна и размерами микрокапель, генерируемых катодным пятном, что позволяет находить пути их уменьшения в плазменном потоке, который формирует покрытия вакуумным электродуговым методом. Представлены результаты экспериментального исследования размеров микрокапель, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги, для сплава состава, в ат.%: 68Al–8Cr–4Nb–20Si, в зависимости от силы тока вакуумной дуги iд. Размер и количество капельной фазы на площади в 1 мм2 поверхности покрытия определены с помощью программы ImageSP. В качестве исходных данных использовали микроструктуры покрытий с увеличением: ç100, ç200, ç500, ç1000, ç1500. Установлено, что больше всего генерируется микрокапель диаметром < 2 мкм, а меньше всего – диаметром > 10 мкм. Количество генерируемых микрокапель диаметром от 2 до 10 мкм незначительно зависит от iд. Отмечено, что диаметр микрокапель сплава меньше, чем диаметр микрокапель, генерируемых катодным пятном на его компонентах, за счет того, что радиус катодного пятна на сплаве меньше, чем радиус катодного пятна на его чистых компонентах.

The simple relation to estimate the cathode spot radius of a vacuum arc of pure metals is obtained. On its basis, is established between the cathode spot radius and the size of droplets generated by the cathode spot a correlation. This enables to find ways to reduce droplets in the plasma flow, which forms coatings by the vacuum electric arc method. The paper presents the results of experimental study of the droplet sizes depending on the vacuum arc current iд. The size and amount of the droplets on an area of 1 mm2 of the coating surface are determined using the ImageSP program. As the initial data, the microstructures of the coatings are used with an increase of: ç100, ç200, ç500, ç1000, ç1500. The droplets have been generated by a cathode spot of a vacuum arc for the alloy of the composition, at.%: 68Al–8Cr–4Nb–20Si. It is established that the number of droplets with a diameter of < 2 μm is generated most of all, and the number of droplets with a diameter > 10 μm is generated least of all. The number of generated droplets with a diameter from 2 to 10 μm slightly depends on the arc current iд. It is noted that the diameter of the alloy droplet is smaller than the diameter of the droplets generated by the cathode spot on its components due to the fact that the radius of the cathode spot on the alloy is smaller than the radius of the cathode spot on its pure components.

покрытиямикрокапликатодное пятновакуумная дугакатодcoatingdropletscathode spotvacuum arccathodeReferencesМрочек, Ж.Л. Основы формирования многокомпонентных вакуумных электродуговых покрытий / Ж.Л. Мрочек, Б. А. Эйзнер, Г.В. Марков. – Минск: Навука i тэхнiка. 1991. – 152 с.Mrochek Zh. L., Eizner B. A., Markov G. V. Basics of Formation of Multicomponent Vacuum Electric Arc Coatings. Minsk, Navuka i tekhnika Publ., 1991. 152 p. (in Russian).Вакуумные дуги. Теория и приложения / Дж. Кобайн [и др.]; под ред. Дж. Лафферти. – М.: Мир, 1982. – 432 с.Lafferty J. M. (ed). Vacuum Arcs: Theory and Applications. Wiley, 1982. 432 p.Любимов, Г.А. Катодное пятно вакуумной дуги / Г.А. Любимов, В.И. Раховский // Успехи физ. наук. – 1978. – T. 125, № 4. – С. 665–706. https://doi.org/10.3367/ufnr.0125.197808c.0665Lyubimov G. A., Rakhovskii V. I. Cathode spot of vacuum arc. Uspekhi fizicheskikh nauk = Soviet Physics-Uspekhi, 1978, vol. 21, no. 8, pp. 693–718. https://doi.org/10.1070/pu1978v021n08abeh005674Раховский, В.И. Физические основы коммуникации электрического тока в вакууме / В. И. Раховский. – М.: Наука, 1971. – 369 с.Rahovskiy V. I. Physical Basis of Electric Current Communication in Vacuum. Moscow, Nauka Publ., 1971. 369 p. (in Russian).Handbook of Vacuum Arc Science and Technology: Fundamentals and Applications / ed. by R. L. Boxman, D.M. Sanders, Ph. J. Martin. – New Jersey: Noyes Publications, 1995. – 773 p.Boxman R. L., Sanders D. M., Martin Ph. J. (eds.). Handbook of Vacuum Arc Science and Technology: Fundamentals and Applications. New Jersey, Noyes Publications, 1995. 773 p.Вакуумная дуга / под ред. И.И. Аксёнова. – Киев: Наук. думка, 2012. – 727 с.Aksenov I. I. (ed.). Vacuum Arc. Kyiv, Naukova dumka Publ., 2012. 727 p. (in Russian).Кессаев, И.Г. Катодные процессы электрической дуги / И. Г. Кессаев. – М.: Наука, 1968. – 253 с.Kessaev I. G. Cathodic Processes of an Electric Arc. Moscow, Nauka Publ., 1968. 253 p. (in Russian).Месяц, Г.Л. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга / Г.Л. Месяц. – М.: Наука, 2000. – 424 с.Mesyats G. L. Ectons in Vacuum Discharge: Breakdown, Spark, Arc. Moscow, Nauka Publ., 2000. 424 p. (in Russian).Аксёнов, И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы / И.И. Аксёнов. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. – 212 с.Aksenov I. I. Vacuum Arc in Erosive Plasma Sources. Kharkov, National Scientific Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, 2005. 212 p. (in Russian).Anders, A. Cathodic Arcs. From Fractal Spots to Energetic Condensation / A. Anders. – Springer, 2008. – 540 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1Anders A. Cathodic Arcs. From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer, 2008. 540 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1Трантер, К.Д. Интегральные преобразования в математической физике / К.Д. Трантер. – М.: Наука, 1983. – 750 с.Tranter C. J. Integral Transforms in Mathematical Physics. London, Methuen & Co., 1951. 126 p.Ивановский, М.Н. Испарение и конденсация металлов / М.Н. Ивановский, В.П. Сорокин, В. И. Субботин. – М.: Наука, 1976. – 287 с.Ivanovskii M. N., Sorokin V. P., Subbotin V. I. Evaporation and Condensation of Metals. Moscow, Nauka Publ., 1976. 287 p. (in Russian)Процессы ионизации в катодном пятне вакуумной дуги металлов / А. П. Ласковнёв [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр.: в 3 кн. / редкол.: С.А. Астапчик (гл. ред.) [и др.]. – Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2013. – Кн. 2: Обработка металлов давлением. – С. 364–370.Laskovnyov A. P., Volochko A. T., Markov G. V., Ralko A. P., Misuno P. N., Makarova Zh. E. Ionization processes in the cathode spot of a vacuum arc of metals. Sovremennyie metody i tehnologii sozdaniya i obrabotki materialov: sbornik nauchnyih trudov. Kniga 2: Obrabotka metallov davleniem [Modern Methods and Technologies for Creating and Processing Materials: Collection of Scientific Papers. Book 2: Forming Metals]. Minsk, Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, 2013, pp. 364–370 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.