СПЕКТРОСКОПІЧНА ДІАГНОСТИКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕРОЗІЇ ЕЛЕКТРОДІВ ІЗ ВИСОКОЕНТРОПІЙНОГО СПЛАВУ CrMnFeCoNi В ІСКРОВОМУ РОЗРЯДІ В ПОВІТРІ. МОДЕЛЮВАННЯ, ЕКСПЕРИМЕНТ 

Анотація

Методами математичного моделювання та експериментально досліджено параметри іскрової плазми з електродами, виготовлених із високоентропійного сплаву CrMnFeCoNi. Модель описує залежність складу плазми іскрового розряду та інтенсивності спектральних ліній від швидкості ерозії електродів і потужності розряду. Концентрації електронів, атомів та іонів компонентів електродів, а також молекулярних компонентів плазми визначено за умов існування локальної термодинамічної рівноваги на осі розряду (квазірівноважні умови), а температуру розраховано з рівнянь енергетичного балансу. Система нелінійних рівнянь розв’язується в ітераційних циклах до одержання самоузгоджених значень концентрацій і температури. Показано, що присутність у матеріалі електродів елементів з високим другим потенціалом іонізації (наприклад, Al, Cu, Ag, B) спричинює суттєве підвищення температури на осі розряду, що пов’язане зі зменшенням перерізу непружніх процесів і, відповідно, втрат на них енергії. Підвищення швидкості випаровування призводить до зменшення температури електронів, але електронна концентрація при цьому змінюється менше ніж на 20% при інших рівних параметрах. Цей ефект є наслідком зменшення ефективного потенціалу іонізації при підвищенні концентрації парів металів у плазмі розряду. Показано, що між швидкістю ерозії та інтенсивністю спектральних ліній атомів, одно- та двозарядних іонів існують складні нелінійні закономірності, які пов’язані із залежністю температури плазми на осі розряду від швидкості ерозії. Результати розрахунків температури та електронної концентрації узгоджуються з експериментом в межах похибки експерименту та з урахуванням прийнятих в моделі спрощень. Розроблений метод може бути використаний для спектроскопічної діагностики електричної ерозії високоентропійного сплаву CrMnFeCoNi при виробництві нанопорошків електроіскровим методом, а також для спектрального аналізу його складу.