УДК 621.3
::
Рассмотрен вопрос моделирования распределения электрического поля в электролизере в ходе плазменно-электролитического оксидирования магниевого сплава для мотивации и формирования профессиональных компетенций у студентов при изучении электротехнических дисциплин.
The issue of modeling the distribution of the electric field in the electrolyzer during the plasma-electrolytic oxidation of a magnesium alloy for the motivation and formation of professional competencies for students in the study of electrical engineering disciplines is considered.
Ключевые слова: модель электрического поля, оксидирование, магний.
Keywords: electric field model, oxidation, magnesium.
В процессе формирования профессиональных компетенций у студентов одной из основных установок для преподавателей вуза должна быть интеграция учебной и научной деятельности. Обучение можно считать завершенным успешно, если студент после окончания вуза способен самостоятельно решать комплексные практические задачи. Авторами приведена подобная задача, на примере упрощенного моделирования поля процесса плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) магниевого сплава с использованием программного пакета ELCut Professional для вузов (https://elcut.ru). ПЭО магниевых сплавов – современных технологический процесс, перспективный в области разработки временных имплантатов для остеосинтеза [1] и автомобилестроения. Решение данной задачи способствует формированию навыков проектирования электротехнологических процессов на производстве.
Распределение электрического поля в электролите вычисляется как в линейной проводящей среде и описывается уравением Лапласа [2]: 
,
или в декартовой системе координат для плоскопараллельных полей
Программа ELCUT позволяет решить данное уравнение численно с использованием метода конечных разностей (или метода сеток). В среде ELCUT для решения задачи анализа поля в электролизере процесса ПЭО магниевого сплава необходимо выбрать тип задачи «Электрическое поле постоянных токов». С помощью геометрических фигур составить чертеж и задать свойства блоков «Катод», «Анод» и «Электролит». Ванна электролизера включается в электрическую цепь в качестве катода с потенциалом 0 В, а обрабатываемая деталь – в качестве анода с потенциалом 470 В. Удельная проводимость электролита, водного раствора фосфата натрия составляет 0,82 См/м. Зададим размер пластины – оксидируемой детали для построения модели 20х2х15 мм (площадь поверхности 7,1 см2).
На градиентном изображении рис. 1 (а) показано распределение плотности тока в электролизере в области анода в начальный момент обработки, а на рис. 1 (б) показано распределение плотности тока по контуру L на поверхности детали. Из рисунка видно, что плотность тока на краях прямоугольной детали превышает значения в центре в 3-3,5 раза.
На данном примере студенты могут наблюдать расположение эквипотенциалей и направление векторов напряженности, оценить неравномерность плотности тока на поверхности образца в зависимости от её формы, расположения катода и проводимости электролита. На кафедре теоретических основ электротехники УГАТУ имеется экспериментальная установка, на которой студенты могут наблюдать описанный технологический процесс и сопоставить влияние рассчитанного по модели плотности тока на толщину и качество получаемого ПЭО-покрытия. Исследование ПЭО магниевых сплавов осуществляется в рамках работы по программе Стипендии Президента РФ СП-1962.2019.4.
1. Zheng, Y.F. Biodegradable metals / Y.F. Zheng, X.N. Gu, F. Witte // Mater Sci Eng R Rep. ˗ 2014. ˗ № 77 P. 1-34.
2. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле / Л.А. Бессонов. ˗ М.: Гардарики, 2001.– 317 c.
::
Полный текст статьи доступен по ссылке.
;){kind=link}