Основные научные результаты
Математическое исследование причин образования микроплазменного процесса, позволило сформировать теоретические основы обработки материалов в микроплазменном режиме. В катодном микроплазменном процессе разряды формируются в условиях истощения приэлектродного слоя. Уменьшение концентрации ионов и примесей в приэлектродном слое в катодном режиме приводит к очистке поверхности от загрязнений и формированию барьерного слоя, который при повышении напряжения пробивается с образованием микроплазменного разряда.
На основании изучения закономерностей образования оксидных покрытий дано математическое описание процесса нанесения слоистых градиентных оксидных покрытий в микроплазменном режиме, когда лимитирующей стадией процесса является стадия доставки формирующих покрытие ионов из раствора с учетом влияния электрического поля для покрытий с порами различной величины, изучена кинетика образования покрытия в зависимости от концентрации ионов металла, гидроксид-ионов, произведения растворимости соединений, рН среды. Получены аналитические выражения распределения концентрации участвующих в образовании покрытия анионов и катионов, их потоков с учетом миграции.
Впервые предложены параметрическая модель сильнотоковых процессов в растворах электролитов, параметрами которой являются удельное активное сопротивление границы раздела металл-раствор и удельная емкость и метод их определения. Параметрическая модель позволяет рассчитать суммарный ток, моделировать процесс нанесения слоистого градиентного покрытия (выявить форму тока и поляризационные зависимости) при различных формах поляризующего напряжения без изготовления источника питания.
Впервые определены параметры микроплазменных систем (удельные активное сопротивление и емкость и их изменение во времени процесса) на сталях, титане, алюминии в различных условиях - импульсном потенциостатическом, импульсном гальваностатическом, потенциодинамическом режимах, при различных длительностях импульсов и концентрациях компонентов раствора электролита.
На основании измерений емкости двойного электрического слоя изучено состояние поверхности(плотность заряда, изменение поверхностного натяжения) разработанных оксидных покрытий для имплантологии на границе раздела электрод-модельный раствор.
Исследована адсорбционная способность оксидных покрытий для имплантологии на антибиотики и сульфопрепараты, которые используются в большинстве операций, новокаин, растворы витаминов B6 и B12, протеин и казеин. Показано, что покрытия различного состава проявляют различные адсорбционные свойства медицинских препаратов, что позволяет целенаправленно подходить к выбору покрытия. На основании исследования морфологии покрытий, полученных в различных электролитах, выявлены физико-химические закономерности, связывающие состав электролита и строение покрытия. Показано, что беспористые покрытия (размеры пор 0,1-0,3 мкм) наносятся из растворов, в которых ионы металла находятся в виде катионов. Если покрытие наносится из растворов с кислородсодержащими анионами металлов, образуются пористые покрытия (1-10 мкм).
При нагружении пористых покрытий происходит образование микротрещин, расположенных нормально к оси нагружения, которые релаксируют на порах, что препятствует развитию макротрещины.
Разработаны способы обработки медицинского инструмента в микроплазменном режиме с целью очистки и стерилизации. Впервые созданы экспериментальные установки для обработки мелкого хирургического инструмента в микроплазменном режиме.
Исследованы физико-механические свойства полученных слоистых градиентных покрытий: микротвердость, состав, адгезия, пористость, износостойкость, термостойкость и коррозионностойкость в различных средах.
Разработан новый класс функциональных и декоративных покрытий. Разработаны покрытия на алюминии, магнии, титане, цирконии, обладающие повышенной износостойкостью. Покрытия имеют практичный глубокий черный цвет, формируются с подслоем, обладающим высоким модулем упругости.
Показана возможность получения фуллеренов С60 и С70.
Показана возможность резкого увеличения скорости экстракционных процессов и нового способа управления процессами экстракции и реэкстракции.
Показана возможность создания топливных элементов при высокоэнергетическом воздействии на границу раздела фаз.
Ведется разработка физико-химических моделей, выявляющих характер и поведение вольтамперных зависимостей быстротекущих сильнотоковых процессов в растворах электролитов на различных сплавах. Разработано уникальное исследовательское оборудование для регистрации вольтамперных характеристик микроплазменных процессов, исследования парциальных электрохимических и плазменных реакций.
Разработаны обучаемые математические модели на базе нейросетей, способные выявлять тип сплава и технологию его приготовления (информационно-измерительный комплекс).
Информационно-измерительный комплекс регистрирует токи и задающее напряжение в цифровом виде, рассчитывает вольтамперные зависимости, выявляет активную и емкостную составляющие тока.
Анализ активной и емкостной составляющих позволяет работать над определением парциальных электрохимических реакций. Используемый источник питания выдает напряжение до 600 В и средний ток до 40 А. Исследование вольтамперных характеристик микроплазменных процессов позволило разработать экспрессные аналитические методики для определения алюминиевых, магниевых, титановых сплавов и оценить правильность их технологического изготовления, а также дало возможность исследования химических реакций в водно-органических средах на границе раздела фаз, синтеза новых перспективных органических и неорганических соединений.
Исследование вольтамперных характеристик на границе раздела фаз позволяет говорить о возможности синтеза органических соединений и разработке новых аналитических методов, позволяющих экспрессно анализировать органические вещества в органических растворах.
|
