Исследование взаимодействия поверхностей образцов шероховатости c жидким галлием
Authors: Егоров А.В. , Смикулис Ю.Е. , Степанова К.С. 
Published: February 2025

Введение. Настоящая работа базируется на результатах экспериментальных исследований работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором, оснащенных скользящими жидкометаллическими контактными узлами, выполненными на основе жидкого галлия и его интерметаллидов. В процессе работы скользящих жидкометаллических контактных узлов ранее установлено, что после выключения двигателя жидкий галлий (и его интерметаллиды в других экспериментах) не стекает в нижнюю часть контактного узла, которую он занимал до начала работы электрического двигателя, а в хаотическом порядке смачивает и прилипает к поверхностям внутренней полости контактного узла, что может вызвать ограничения по повторному запуску электродвигателя. В ряде ранее опубликованных другими авторами работ говорится о возможности управления смачиваемостью поверхности за счет изменения параметров шероховатости поверхности. Цель работы заключается в исследовании взаимодействия поверхностей образцов шероховатости с жидким галлием и формировании рекомендаций по способу конечной обработки деталей скользящих жидкометаллических галлиевых узлов и величины шероховатости их поверхностей. Материалы и методы исследования.Проведено экспериментальное исследование смачиваемости поверхности образцов шероховатости (параметр Ra в диапазоне от 0,1 до 12,5), выполненных по ГОСТ 9378-75 «Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия», получаемых в процессах растачивания, фрезерования, шлифования плоского, полирования, с использованием галлия (ГОСТ 12797-77). Результаты исследования.В ходе выполнения прямых натурных экспериментов при нормальных условиях (галлий был разогрет до температуры 30 °С) установлено, что на начальном этапе не наблюдается смачивание поверхности. По истечении 120 часов эксперимента галлий смачивает и проникает в кристаллическую решетку металлической поверхности, сформированной в процессах расточки, фрезерования, плоского шлифования, величина шероховатости которой больше, чем Ra = 0,4. Выводы.На основании результатов выполненного исследования установлено, что шероховатость поверхности металлических деталей скользящего жидкометаллического контактного узла асинхронного электродвигателя должна составлять не более Ra = 0,4, а метод конечной обработки поверхности – полирование.

Introduction. This paper analyses the results of experimental research into the functioning of an asynchronous electric motor with a phase rotor equipped with sliding liquid-metal contact units made of liquid gallium and its intermetallics. Liquid gallium (and its intermetallics in other experiments) do not flow down to the lower part of the contact unit that it occupied before the electric motor started operating, as was previously established during the operation of sliding liquid-metal contact units. Instead, they chaotically wet and adhere to the surfaces of the internal cavity of the contact unit, which can cause restrictions on restarting the electric motor. Prior publications discuss the possibility of controlling the wettability of the surface by changing the surface roughness parameters. The aim of researchis to study how liquid gallium interacts with the surfaces of roughness samples and to develop suggestions for the final processing of sliding liquid-metal gallium unit parts and surface roughness values. Materials and methods. An experimental study of the wettability of the surface of roughness samples (parameter Ra in the range from 0.1 to 12.5) made in accordance with GOST 9378-75 "Surface roughness samples (comparison). General specifications", obtained in the processes of boring, milling, flat grinding, polishing, using gallium (GOST 12797-77) was carried out. Research outcomes. During the direct full-scale experiments under normal conditions (gallium was heated to a temperature of 30 °C), it was found that at the initial stage no wetting of the surface is observed. After 120 hours of the experiment, gallium wets and penetrates the crystal lattice of the metal surface formed in the processes of boring, milling, flat grinding, the roughness value of which is higher than Ra = 0.4. Conclusions. The study's findings revealed that the maximum surface roughness of sliding liquid-metal contact unit in asynchronous electric motor's metal parts should not exceed Ra = 0.4. Polishing is the recommended procedure for achieving this final surface treatment.