Vol. 52 (2016), Issue 1, p. 110-116

Formation Regularities of Gaseous Vapour Plasma Envelope in Electrolyzer

Abstract

УДК 621.785.53; 621 3.035.183

This work focuses on the factors causing appearance of a steady and continuous vapour-gas envelope which functions as medium for plasma electrolytic saturation of metal and alloys with interstitial elements (nitrogen, carbon, and boron). It is established that second critical voltage associated with transition from the current oscillation mode to the stable heating is determined by anion emission from boiling electrolyte in the envelope and heat transfer conditions in the system. Stability of the interface electrolyte–envelope is provided by the energy liberation in the envelope due to the passage of current. Second critical voltage promoting the anion emission is calculated on the base of Gouy–Chapman model and Tonks–Frenkel aperiodic instability. Theoretical dependence of critical voltage on the electrolyte concentration is confirmed experimentally. The influence of the electrolyte concentration on the second critical voltage is explained by the ability of the electrolyte to emit anions. Effect of solution flow rate on this voltage accounts for heat transfer conditions. It should be noted that the anion emission explains the influence of electrolyte composition on the weight change of the anode sample, limit heating temperature (~1000°C) due to the limited emissivity of electrolyte, discrete current in the case of a small surface anode, and high-frequency pulse of the current.

Keywords: plasma electrolysis, anions emission, critical voltage.

В работе рассматриваются причины образования сплошной и устойчивой анодной парогазовой обо-лочки (ПГО), в которой проводится электролитно-плазменное насыщение (ЭПН) металлов и сплавов легкими элементами (азотом, углеродом, бором). Установлено, что второе критическое напряжение, связанное с переходом от режима прерываний тока к режиму стационарного нагрева, определяется эмиссией анионов из кипящего электролита в оболочку и условиями передачи тепла в системе. Устойчивость поверхности раздела электролит – оболочка обеспечивается выделением энергии в оболочке вследствие прохождения через нее электрического тока. Второе критическое напряжение, способствующее эмиссии анионов, рассчитано на базе модели Гюи–Чампена и апериодической неустойчивости типа Тонкса–Френкеля. Теоретическая зависимость критического напряжения от концентрации электролита подтверждена экспериментально. Влияние концентрации электролита на второе критическое напряжение объясняется эмиссионной способностью электролита. Влияние скорости течения электролита на это напряжения связано с условиями передачи тепла. Необходимо отметить, что эмиссия анионов объясняет влияние состава электролита на изменение массы образца-анода, предельную температуру нагрева (~1000°C) из-за ограничения эмиссионной способности электролита, дискретный характер тока в случае анода с малой поверхностью и высокочастотные импульсы тока.

Ключевые слова: плазменный электролиз, эмиссия анионов, критическое напряжение.

Download full-text PDF. 2761 downloads

Menu

Vol. 52 (2016), Issue 1, p. 110-116

Formation Regularities of Gaseous Vapour Plasma Envelope in Electrolyzer

Abstract