Исследование влияния низкочастотных виброакустических полей на абсорбцию углекислого газа на границе раздела фаз жидкость--газ

Аннотация

Работа является продолжением исследования влияния низкочастотных акустических аксиальных мало-энергетических колебаний инфразвукового и начала звукового диапазонов частот на скорость обработки поверхностей различных конструкционных материалов, прежде всего, материалов, применяющихся в радиоэлектронике. Низкочастотная вибрационная обработка поверхностей различных сплавов и полупроводников --- одна из самых перспективных современных задач, стоящих перед отечественной радиоэлектронной промышленностью. Применение низкочастотных акустических полей позволяет увеличить скорость процессов обработки поверхности металлов в 2--5 раз. В настоящее времени широко применяют так называемый пузырьковый метод травления: пропускание пузырьков воздуха сквозь травильный раствор во время обработки поверхности. Это позволяет интенсифицировать процесс травления поверхности и существенно увеличить скорость (до 3 раз). Травление с применением внешнего акустического поля демонстрирует аналогичные результаты. Проведены исследования сравнения процесса растворения газа в поле низкочастотных воздействий на границе раздела фаз жидкость--газ с процессом барботирования газа, пропускаемого сквозь дистиллированную воду. Представлены результаты экспериментального исследования, которые объясняют причину ускорения процессов травления в низкочастотном акустическом поле за счет явления абсорбции газов, находящегося на границе разделов фаз. Приведено сравнения акустического воздействия с барботированием и диффузией, протекающей через границу жидкость--газ

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 20-33-90152) и по программе Госзадания (№ FSFN-2023-0004)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Болдырев В.С., Богатов Н.А., Савина А.С. и др. Исследование влияния низкочастотных виброакустических полей на абсорбцию углекислого газа на границе раздела фаз жидкость--газ. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 6 (111), с. 55--69. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-6-55-69

Литература

[1] Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А. и др. Особенности окислительно-восстановительного процесса в поле низкочастотного воздействия. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, 2020, № 1 (88), с. 80--92. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-1-80-92

[2] Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Аверина Ю.М. и др. Обработка поверхности металлов в поле низкочастотных воздействий. Цветные металлы, 2019, № 10, с. 73--77. DOI: https://doi.org/10.17580/tsm.2019.10.12

[3] Boldyrev V., Men’shikov V., Savina A., et al. Development and application of removable varnish for wall protection paint coating booths. Proc. METAL, 2021, pp. 675--678. DOI: https://doi.org/10.37904/metal.2021.4164

[4] Essola D., Jean Ch.A., Ngayihi Abbe C.V., et al. Enhancement of metallic machine parts mechanical properties by the use of vibratory processing for oxide coated films formation and MoS₂ solid lubricant coating deposit. Int. J. Mech. Mater. Eng., 2019, vol. 14, art. 8. DOI: https://doi.org/10.1186/s40712-019-0103-8

[5] Essola D., Njomoue A.P., Offole F., et al. Low frequency vibratory cleaning of paint and rust contaminants from machines parts. Proc. Inst. Mech. Eng. B: J. Eng. Manuf., 2021, vol. 236, no. 4, pp. 387--400. DOI: https://doi.org/10.1177/09544054211031451

[6] Essola D., Offole F., Nikongho A.J., et al. A study on the experimental investigation of low frequency vibration wave assisted disassembly of press-fit joints. J. Manuf. Process., 2020, vol. 49, pp. 70--81. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.11.014

[7] Aparicio Alcalde M., Quevedo H., Svaiter N.F. Single-bubble sonoluminescence as dicke superradiance at finite temperature. Physica A, 2014, vol. 416, pp. 142--148. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physa.2014.08.044

[8] Wang M., Zhou Y. Numerical investigation of the inertial cavitation threshold by dual-frequency excitation in the fluid and tissue. Ultrason. Sonochem., 2018, vol. 42, pp. 327--338. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.11.045

[9] Thiemann A., Holsteys F., Cairos C., et al. Sonoluminescence and dynamics of cavitation bubble populations in sulfuric acid. Ultrason. Sonochem., 2017, vol. 34, pp. 663--676. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.06.013

[10] Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионно-стойкие материалы. М., Машиностроение, 1960.

[11] Кудаков У.Д., Силаев И.В., Наконечников А.В. и др. Влияние растворенных в технологических жидкостях газов на качество обработки поверхностей полупроводников. Современные наукоемкие технологии, 2010, № 2, с. 30--31.

[12] Артамонов В.П., Артамонов В.В., Быков П.О. и др. Исследование процесса травления меди в гидразине. Известия вузов. Цветная металлургия, 2015, № 1, с. 18--21. DOI: https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-1-18-21

[13] ИТС 36-2017. Обработка поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов. М., Бюро НДТ, 2017.

[14] Терешкин В., Григорьева Л., Колесниченко Д. Комплексная электрохимическая система "Травление-регенерация" для плат 5-го и выше классов точности. Технологии в электронной промышленности, 2015, № 4, с. 6--9.

[15] Князев В.А. Совершенствование технологии предварительной очистки высококонцентрированных сточных вод гальванопроизводств. Дис. ... канд. техн. наук. Пенза, ПГУАС, 2017.

[16] Кудаков У.Д., Силаев И.В., Наконечников А.В. и др. Удаление растворенных газов из рабочих растворов, применяемых в производстве полупроводниковых приборов. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2019, № 5, с. 107.

[17] Аверина Ю.М., Аснис Н.А., Ваграмян Т.А. и др. Исследование скорости окисления ионов Fe²⁺ в воде при барботировании воздуха. Теоретические основы химической технологии, 2018, т. 52, вып. 1, с. 79--82. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040357118010104

[18] Кодзука Х., Иноуэ М., Имура К. и др. Микропузырьковая система очистки для крупного изделия, такого как транспортное средство. Патент РФ 2507014. Заявл. 24.02.2011, опубл. 20.02.2014.

[19] Сачек Н.Дж. Способ удаления загрязняющих веществ из выходящих газов. Патент РФ 2648894. Заявл. 13.01.2014, опубл. 28.03.2018.

[20] Кривошеин Д.А., Пискунов В.А., Зубарев Ю.В. и др. Способ травления меди и ее сплавов. Патент РФ 2013466. Заявл. 18.11.1991, опубл. 30.05.1994.

[21] Брусницына Л.А., Степановских Е.И. Технология изготовления печатных плат. Екатеринбург, Изд-во Урал. ун-та, 2015.

[22] Беккерт М., Клемм Х. Справочник по металлографическому травлению. М., Металлургия, 1979.

[23] Меньшиков В.В., Болдырев В.С., Богатов Н.А. и др. Устройство для интенсификации химических процессов в жидкой среде. Патент РФ 206891. Заявл. 20.04.2021, опубл. 30.09.2021.

[24] Богатов Н.А., Болдырев В.С., Савина А.С. и др. Устройство для акустической интенсификации физико-химических процессов в жидких растворах. Патент РФ 213619. Заявл. 27.04.2022, опубл. 19.09.2022.

[25] Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. М., Высш. шк., 1983.

[26] Margulis I.M., Margulis M.A. Interaction dynamics of bubbles in a cavitation cloud. Russian Journal of Physical Chemistry A, 2004, vol. 78, no. 7, pp. 1159--1170.

[27] Маргулис М.А. Основы звукохимии. М., Высш. шк., 1984.

[28] Маргулис М.А., Грундель Л.М. Химическое действие низкочастотных акустических колебаний. ДАН СССР, 1982, т. 256, № 2, с. 914--917.

[29] Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры. Дис. ... канд. техн. наук. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013.

[30] Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М. и др. Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии. Теоретические основы химической технологии, 2019, т. 53, № 5, с. 483--492. DOI: http://doi.org/10.1134/S0040357119050026

[31] Болдырев В.С., Аверина Ю.М., Меньшиков В.В. и др. Технологически-организационный инжиниринг окрасочных производств. Теоретические основы химической технологии, 2020, т. 54, № 3, с. 299--303. DOI: https://doi.org/10.31857/S004035712003001X

[32] Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021.