Модель расчета эффективности экранирования железоцинковых фаз в диффузионных цинковых покрытиях Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

5. Кривцов В.С. Состав газа в плазмотроне с ламинарным потоком плазмообразующего инертного газа / В. С. Кривцов, С. И. Планковский, Е. В. Цегельник, Е. К. Островский, А. А. Таран, А. В. Лоян // Авиационно-космическая техника и технология. - 2005. - № 4 (20). - С. 19-24.

6. Планковский С. И. Методика расчета основных газодинамических параметров потока инертного газа в плазмотроне / С. И. Планковский, Е. В. Цегельник, Е. К. Островский, В. А. Максименко // Авиационно-космическая техника и технология. - 2007. - № 7 (43). - С. 94-98.

7. Ваграфтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - М. : Наука, 1972. - 721 с.

8. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математикера / М. Я. Выгодский. - М. : Наука, 1977. - 872 с.

9. Жуков М. Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) / М. Ф. Жуков, В. Я. Смоляков, Б. А.Урюков. -М. : Наука, 1973. - 232 с.

Одержано 01.10.2009

E. V. Tsegelnyk, E. K. Ostrovsky, V. O. Garin A GAS-DYNAMIC SHUTTER OF ATMOSPHERIC AIR IN LOW TEMPERATURE PLASMA SOURCES - PLASMOTRONS

Проведено математичне моделювання процесу молекулярної дифузії атмосферного повітря в зустрічному потоці захисного інертного газу на ділянці газодинамічного затвору в каналі викиду плазми із плазмотрона. Показано, що при масовій витраті інертного газу аргон, аж до 10-3 кг/с, течія у каналі залишається ламінарною. Встановлено, що основним джерелом надходження атмосферного повітря в плазмотрон, яке отруює катод, є його дифузія в зустрічному потоці інертного газу в зливному каналі плазми на ділянці газодинамічного затвору атмосферного повітря. Найбільш інтенсивно молекулярна дифузія повітря відбувається в прикордонному шарі біля стінок зливного каналу плазми, що на своїй початковій ділянці виконує функції газодинамічного затвору.

Ключові слова: низькотемператрна плазма, катод, термоелектронна емісія, дуговий розряд, газовий потік, ламінарна течія, плазмотрон.

The mathematical modeling of atmospheric air’s molecular diffusion process in oncoming rare gas stream on the gas-dynamic lock region of the plasmatron is carried out. It is shown, that during the rare gas’s argon mass-consump-tion up to 10-3 kg/s, the laminar flow in channel remains. It was determined, that the main source of an atmospheric air’s entry in the plasmatron is the air’s diffusion in oncoming rare gas stream on the gas-dynamic lock region. The molecular air diffusion takes place with the most intensity in the boundary layer near the walls of the confluent plasma’s channel, which is the above mentioned gas-dynamical lock.

Key words: low temperature plasma, cathode, termo-electrical emission, arc digit, gas stream, laminar flow, plas-motron.

УДК 621.793

П. И. Можаев, канд. техн. наук Е. Я. Швец, д-р техн. наук В. Н. Михайлин,

Л. Л. Веревкин, канд. техн. наук Н. В. Светанько

Государственная инженерная академия, г. Запорожье

МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОЦИНКОВЫХ ФАЗ В ДИФФУЗИОННЫХ ЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЯХ

Предложен новый метод расчета эффективности экранирования железоцинковых фаз в термодиффузионных цинковых покрытиях от электромагнитного излучения.

Ключевые слова: железоцинковые фазы, диффузия, ферромагнетик, диамагнетик, бинарная система, гомогенность, эвтектоидное превращение.

Анализ достижений , „

вых фаз и слоя почти чистого цинка. При этом строе-

Диффузионное цинковое покрытие, полученное в ние покрытия повторяется даже при самой кратковре-

расплаве цинка, состоит из нескольких железоцинко- менной выдержке стали в расплаве цинка.

© П. И. Можаев, Е. Я. Швец, В. Н. Михайлин, Л. Л. Веревкин, Н. В. Светанько, 2010

124

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ В МЕТАЛУРГІЇ ТА МАШИНОБУДУВАННІ

Железо используют для изготовления корпусов, экранов полупроводниковых приборов, работающих при температуре до 500 °С, ферромагнетик.

2и по магнитным свойствам относится к диамагнетикам, магнитная проницаемость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

Диамагнетический эффект является проявлением закона электромагнитной индукции на атомном уровне. Численное значение магнитной восприимчивости диамагнетиков составляет (10-6^10-7). Магнитная проницаемость (ц2п )незначительно отличается от единицы.

Исследование бинарной системы железо-цинк занимались многие исследователи [1]. Представленная на рис. 1 диаграмма состояния системы железо-цинк предложена Рейнором [1].

Из рассмотрения диаграммы видно, что в системе железо-цинк имеются следующие фазы: а, у, Г, 51 5, С, п.

Наконец, при высоких концентрациях цинка на диаграмме Бе-2и находится область п- фазы (почти чистый цинк). Она представляет собой твердый раствор железа в цинке. Максимальная растворимость железа в цинке равна 0,008 % (по массе) [1], но с повышением температуры до 400 °С она возрастает до 0,028 % (по массе).

Фаза п имеет гексагональную плотноупакован-ную решетку с двумя атомами в элементарной ячейке и достаточно пластична [1]. Микротвердость ее Нц «363 Мн/м2 (37 кГ/мм2).

В области высоких концентраций цинка, т. е. 100— 99,9 % (по массе), при 419,4 °С идет эвтектическая кристаллизация жидкости с образованием механической смеси ^ + п. Эвтектическая температура всего на 0,05 град ниже температуры затвердевания цинка [1].

Рис. 1. Диаграмма состояния системы железо-цинк

1607-6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні №2, 2010

125

Основная часть

Расчет эффективности диффузионного экрана

Переходной зоной от основного металла (Fe) к слою покрытия является зона:

а - фаза содержащая 20 % Zn + 80 % Fe;

Y - фаза содержащая 27,5 % Zn + 72,5 % Fe;

Г - фаза содержащая 72 % Zn + 28 % Fe;

5j - фаза содержащая 90 % Zn + 10 % Fe;

5 - фаза содержащая 92 % Zn + 8 % Fe;

Z - фаза содержащая 94 % Zn + 6 % Fe;

П - фаза содержащая 99,99 % Zn + 0,01 % Fe;

При добавлении 0,12 % А1,большую часть покрытия составляет почти чистый цинк (п -фаза). Добавление А1 в расплав цинка замедляет процесс образования железоцинкового сплава.

Приближенный метод расчета эффективности экрана К можно представить в виде суммы отдельных составляющих

К = Кпогл + Котр , (1)

где Кпогл - эффект экранирования за счет поглощения электромагнитного поля

Кпогл = 8,7 d (п/ц m )0,5 ст, (2)

где ст - удельная проводимость; d - толщина слоя; / - частота;

для цинка |aZ = 1; ctz = 0,06 для металла ц = 600;

CTFe = 0,1 [2]; n n e

Котр - эффект экранирования за счет отражения электромагнитного поля

Котр = 201og Zm / 4Zm (3)

для металлов

\ 0,5

Z *[2п-/-^1 . (4)

а

Коэффициент эффективности экранирования для каждой фазы диффузионных цинковых покрытий в общем виде, можно представить так:

K = 8,7d(п f •цт)

0,5

а +

Л. Л

0,5

+ 20 log-

74 • (2п • f •Um)0,5

Для расчета эффективности экранирования железоцинковых фаз определяем | и ст для каждой фазы:

для а фазы - u = 0,8^Fe + 0,2ц.

Zn

= 0,8aFe + І0,2^;

для Y фазы - um= 0,73uFe+0,27uZn aY =0,73aFe + 0,27а^; для Г фазы - um= 0,28мFe + 0,72uZn аГ = 0,28aFe + 0,72aZn; для 5 фазы - и = 0,1 uFe + 0,9ц

Zn

а5 = 0,1aFe + ^^Zn

для С фазы - цт=0,06|^е+0,94ц2п ст? =0,06стFe+ 0,94ст2п;

для п фазы - 1т= ^2п=1 стп = ст2п= 17

п - верхний слой (99,9 %) почти чистый цинк. При добавлении 0,12 % алюминия большую часть покрытия составляет почти чистый цинк (п-фаза). Магнитная проницаемость ^незначительно отличается от 1.

Удельная проводимость ст - обратно пропорциональна удельному сопротивлению р.

pZn = 0,°б [3] то а7м= = 17

1

0,0б

Ом • м

PFe = 0,1 [3] то ОеЮ-

1____

Ом • м

MZn - 1

UFe - б00. Выводы

Можно определить значения | и ст для каждой железоцинковой фазы и подставив их в формулу (5) рассчитать эффективность экранирования для любых заданных термодиффузионных покрытий 2п и других материалов.

Перечень ссылок

1. Проскуркин Е. В. Диффузионные цинковые покрытия / Е. В. Проскуркин, Н. С. Горбунов. - М. : Металлургия, 1972. - 247 с.

2. Можаев П. И. Использование материалов с термодиффузионными покрытиями для экранирования электромагнитных волн : сб. науч. тр. / П. И. Можаев. - Запорожье : Запорожск. инж. академия, 2006. - Вып. 13. -С. 144-146.

3. Пасынков В. В. Материалы электронной техники / В. В. Пасынков, В. С. Сорокин ; [изд. 2-е, перераб. и доп.]. - М. : Высшая школа, 1986. - 367 с.

Одержано 13.04.2010

а

m

P. I. Mozhaev, E. Ya. Shvets, V. N. Mykhaylin, L. L. Verevkin, N. V. Sveetanko CALCULATION MODEL OF FERROZINC PHASE SCREENING EFFICIENCY IN DIFFUSION ZINC COATINGS

Запропоновано новий метод розрахунку ефективності екранування залізоцинкових фаз у термодифузійних цинкових покриттях від електромагнітного випромінювання.

Ключові слова: залізоцинкові фази, дифузія, феромагнетик, діамагнетик, бінарна система, гомогенність, евтектоїдне перетворення.

The new efficiency calculation methodfor ferroizinc phase screening from electromagnetic radiation in thermal-difussion zinc coatings is offered.

Key words: ferrozinc phases, diffusion, ferromagnetic, diamagnetic, binary system, homogenity, eutectoid transformation.