Способ разрушения поверхности материалов

(51)5 В 23 Н 5/00,1/О Б Т ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт механической обработки полезных ископаемых "МЕХАНОБР" (72) А.И,Месеняшин(56) Электроразрядная обработка материалов/Под ред.Л,Я,Попилова. Л., 1971.Андрес У, Электроимпульсное дробление твердых .диэлектриков, - Обогащение руд, 1989, В 4, с. 40 - 41.(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ57 Использование: об аботка мате иал( ) р р ов путем микроразрушения поверхности биполярно заряженным водяным пузырем, Сущность изобретения: выдувают водяной пузырь, осуществляют зарядку разноименИзобретение относится к способам обработки материалов путем накопления электрических зарядов с последующим выделением энергии при электрическом разряде и может быть использовано для получения импульсных токов и разрушения твердых тел в промышленных и лабораторных условиях,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки материалов, включающем накопление энергии в виде электростатических зарядов разных знаков с последующим выделением накопленной энергии при электрическом разряде, разрушающем обрабатываемый материал, накопными электрическими зарядами противоположных полюсов пузыря, транспортируют пузырь, а затем осуществляют разряд и разрушение водяного пузыря, например, путем удара, лазерным лучом, При разряде пузыря возникает электрическая искра, производящая микроразрушение поверхности материала, Возможен вариант осуществления способа, при котором перед зарядкой пузыря его замораживают, при этом увеличивается упругая энергия пузыря, При осуществлении способа не выделяются вещества, засоряющие обрабатываемый материал; достигается большой срок службы дорогостоящих узлов оборудования, осуществляющего способ, так как разрушается легка возобновимый, экологически чистый, дешевый узел - водяной пузырь; возможно получать импульсные токи с большой крутизной нарастания. 3 з,п,ф-лы, 1 ил. ление энергии осуществляют путем биполярной зарядки водяного пузыря, Возможен вариант, при котором перед зарядкой водяного пузыря его замораживают, Разряд пузыря осуществляют путем его механического разрушения при ударе, воздействием на него лазерным лучом,В заявленном способе:при преобразовании энергии происходит разрушение легко возобновляемого, экологически чистого, дешевого узла - водяного пузыря;разрядку пузыря можно осуществить в непосредственной близости от требуемого места, при этом значительно снижаются потери энергии при ее передаче от места накопления до места разряда;узел разрядки (водяной пузырь) имеетмалую массу и легко транспортируется какэлектрическим полем, так и воздушным потокомконструктивно узлы зарядки и разрядкинезависимы и могут находиться в разныхместах;возможно получать импульсные токи с. большой крутизной нарастания, так как мала индуктивность разрядного контура;в случае замораживания пузыря можнополучить большое значение преобразованной энергии на единицу массы и объема;возможно тонкое регулирование количества выделяемой энергии;при разряде не выделяются вещества,засоряющие обрабатываемый материал.Таким образом предлагаемый способобработки материалов имеет ряд преимуществ перед известными.Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом.Из воды, в которой растворены поверхностно-активные вещества, выдувают в воздухе водяной пузырь, Удается получатьпузыри диаметром до нескольких метров итолщиной стенок от 10до 10 м,Далее пузырь или одновременно несколько пузырей помещают в газовыйпромежуток между электродами, подключенными к источнику высокого напряжения,в этом промежутке осуществляют зарядкуразноименными электрическими зарядамипротивоположных концов (полюсов) пузыряв поле, коронного разряда или в электростатическом поле.На экваторе пузыря имеется линия нулевого потенциала, поэтому трубку, с помощью которой выдувают пузырь,располагают посередине зарядного промежутка. Эта трубка при таком расположениипрактически не оказывает влияние на полеи заряды пузыря, Для придания устойчиво.сти водяному пузырю его могут выдувать вкруглой рамке, установленной по экватору,Далее пузырь с помощью электрическогополя, воздушного потока или с помощьютрубки перемещается в зону разрушения,где, например, механическим ударом о поверхность его разрушают, Такой возможности для транспортировки накопителяэнергии к месту выделения этой энергииизвестные способы не имеют.Возможно в предлагаемом способе совмещение зоны получения и разрушения пузыря. При разрушении пузыря выделяетсяэнергия, как накопленная в электрическом поле Яэ, так и накопленная при выдувании пузыря Ю. Величина последнейсоставляющей энергии близка к значению Юв = 16 л Я а, где В - радиус пузыря;а -коэффициент поверхностного натяженияЭнергия заряженного пузыря радиусом й = 10 м равна Я = ФЬ+Юв==2 Ив = 2,88 10 Дж,Электрическая искра, проскакивающаяпри разряде пузыря у поверхности материала, позволяет осуществить концентрациюэнергии в необходимом месте и произвестинеобходимое микроразрушение поверхности. Такому разрушению способствует также кумулятивный эффект, возникающий приразрушении пузыря.В варианте осуществления способа,"5 когда перед зарядкой пузырь замораживают, энергия замороженного водяного пузы- .ря уже значительно больше, так какзамороженный пузырь выдерживает сжимающее давление Ь Р = 1,6 10 Па, то есть4близкое к 0,2 атмосферного.Электрический разряд пузыря можетвозникнуть при зарядке до величины электрического пробоя, при механическом разрушении (ударе), при воздействии лазерным25 лучом,П р и м е р. Берут трубку, на концекоторой в плоскости оси трубки имеетсярамка из тонкой проволоки, радиус рамки10 м. В трубку помещают 10 - 10 г воды30 и выдувают пузырь радиусом й = 10 м.Далее пузырь помещают в среду с температурой ниже (-25)ОС. При замораживании пузыря возникает разность давлений внутрипузыря и вне его.Затем замороженный пузырь помещают в пространство между электродами (некасаясь электродов), подключенными к источнику высокого напряжения, создавая напряженность внешнего поля до 3 10 В/м,бПроводимость ионизованного воздуха10 - 10 см/м, а замороженного пузыря10 см/м, поэтому на полюсах пузыря сосредотачиваются свободные заряды. Крометого, лед обладает электродными свойства 45 ми при этом величина заряда составляет10 Кл/г.Рассмотрим случай применения предлагаемого способа для микроразрушенияповерхностей.50 Заряженный замороженный пузырь потбком воздуха транспортируют к обрабатываемой поверхности. При разряде одногопузыря й = 10 м и его разрушении выделяется энергия Вlзп = 32 Ч Л Р = 0,1 Дж, где55 Ч - объем пузыря; Ь Р - разность давленийвне пузыря и внутри его, В данном случаеэта энергия соответствует сравнительно высокому значению удельной энергии 1 Дж/г,Импульсный ток, возникающий при разрядеи разрушении пузыря, проходит через поверхность материала и производит его обработку. Кроме того, обработку поверхности осуществляет вода (лед) стенок пузыря.Возможна организация процесса, когда образование пузырей осуществляют периодически с большой частотой (несколько пузырей в секунду и чаще).Опыты по осуществлению способа показали возможность его осуществления и получения импульсных токов, обрабатывающих материалы, вдали от места зарядки пузырей после их транспортировки и разрядки,Пример устройства, реализующего способ, приведен на чертеже.Устройство содержит камеру 1 образования водяного пузыря, в которой смонтированы высоковольтные электроды 2 и 3, установленные на изоляторах 4 и подключенные к источнику 5 высокого постоянного напряжения, имеющему выводы положительной и отрицательной полярности, Между электродами 2 и 3 устанавливается трубочка 6, соединенная с сосудом 7 для воды с примесью поверхностно-активных веществ, к трубочке 6 подсоединяется трубочка 8 для подачи воздуха, с помощью которой выдувается водяной пузырь 9. На конЦе трубочки 6 может быть смонтирована круглая рамка 10 для фиксации положения и размеров водяного пузыря, В камере 1 устайовлены высоковольтный ввод 11, ввод 12 от холодильного устройства 13 и ввод 14 от нагревательного устройства 15, Камера 1 соединена туннелем 16 для транспортировки пузыря 9 потоком воздуха или под действием электрических сил в камеру 17, в которой осуществляется разрушение пузыря 9. В камере 17 установлен образец 18, предназначенный для разрушения, а также приборы 19 для исследования физическихсвойств заряженного водяного пузыря 9 ипроцесса разрушения.Использование предназначенного способа обработки материалов обеспечивает5 по сравнению с прототипом возможность:обработки проводящих материалов,осуществлять микрообработку,производить разрушение в требуемомместе.10 Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа отсутствуют вносимыеэлектродом загрязнения, уменьшается материалоемкость и трудоемкость в связи с15 увеличением срока службы дорогостоящегооборудования,Предлагаемый способ может служитьосновой для создания новых технологий,Формула изобретения20 1. Способ разрушения поверхности материалов, включающий накопление электростатических зарядов разных знаков споследующим воздействием на обрабатываемую поверхность электрическим разря 25 дом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения избирательности разрушения,накопление энергии осуществляется путембиполярной зарядки водяного пузыря, аэлектрический разряд получают разрушени 30 ем водяного пузыря вблизи обрабатываемой поверхности.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что перед зарядкой пузыря его замораживают.35 3. Способ по п 1, отл и ч а ю щи йс ятем, что электрический разряд водяного пузыря получают путем его механическогоразрушения.4. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я40 тем, что электрический разряд водяного пузыря получают путем воздействия на неголазерным лучом,1799700 Составитель А. Месеняшинакова Техред М,Моргентал Корректор М. Андрушенк Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 1128 ТиражВНИИПИ Государственного комит113035, Москва Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС