Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения

Выполнен обзор экспериментальных и теоретических исследований процессов в генераторах низкотемпературной плазмы (ГНП) с расширяющимся каналом выходного электрода и проведен анализ возможностей его использования в новых плазменных технологиях. Приводится сопоставление характеристик разряда (в том числе вольтамперной характеристики) в расширяющемся канале и цилиндрическом канале постоянного сечения. Изучается влияние расширяющегося канала выходного электрода и степени его расширения на характер протекания физических процессов в ГНП различных конструкций. Выполнены исследования распределения электрического тока и плотности теплового потока по длине канала с секционированным выходным электродом. Определены вольтовые эквиваленты тепловых потоков в катод и анод. Исследован процесс «шунтирования» разряда, вызывающий колебание напряжения горения электрической дуги. Исследования, проведенные в ГНП с расширяющимся каналом, показали, что амплитуда напряжения при шунтировании уменьшается с ростом силы тока и при больших токах аргоновой дуги не превышает $1$—$2$ В. Представлены результаты спектральных и визуальных исследований ГНП. Показано, что в ГНП с расширяющимся каналом выходного электрода в области энерговклада температура плазмы при токах $300$ А и более превышает $30\,000$ К. Установлена существенная роль вакуумного ультрафиолетового излучения в процессе замыкания дуги на анод. Исследованы механизмы эрозии катодного наконечника из вольфрама, играющие важную роль в увеличении ресурса катода путем рециркуляции атомов вольфрама вследствие их ионизации в разрядном промежутке. Приведены результаты использования ГНП с расширяющимся каналом выходного электрода в плазменных технологиях упрочнения поверхности, резки и наплавки металлов. Внедренная в ОАО «РЖД» технология плазменного упрочнения колесных пар позволяет увеличивать ресурс железнодорожных колес в 1.5—2 раза.