Повышение эксплуатационных характеристик стальных изделий путем комбинирования катодного диффузионного насыщения и анодного полирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Горохов Илья Сергеевич

• Горохов Илья Сергеевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Горохов Илья Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.1 Общие сведения об электролитно-плазменных методах диффузионного насыщения

1.2 Процессы, сопровождающие электролитно-плазменную обработку

1.2.1 Особенности анодного электролитно-плазменного насыщения

1.2.2 Катодный вариант электролитно-плазменного насыщения

1.2.3 Анодное полирование в условиях электролитной плазмы

1.3 Структурно-фазовые превращения, механические и коррозионные свойства сталей после электролитно-плазменной обработки

1.3.1 Азотирование

1.3.2 Борирование и многокомпонентное насыщение

1.3.3 Цементация и нитроцементация

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

2.1 Установка для катодной электролитно-плазменной обработки и последующего анодного полирования

2.2 Методы измерения электрических и тепловых характеристик процесса электролитно-плазменной обработки

2.3 Выбор составов электролитов для катодного электролитно-плазменного насыщения с последующим анодным полированием

2.4 Методы изучения состава и свойств электролитов

2.5 Материалы, исследуемые для электролитно-плазменной обработки

2.6 Методы исследования поверхности и диффузионных слоев

2.6.1 Методы исследования структурно-фазового состояния поверхности

2.6.2 Профилометрические измерения поверхности

2.6.3 Методика трибологических испытаний

2.6.4 Методика коррозионных испытаний

ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА, МОРФОЛОГИИ И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ КАТОДНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО АНОДНОГО ПОЛИРОВАНИЯ

3.1 Изучение возможности электролитно-плазменного полирования стали после катодного электролитно-плазменного насыщения

3.2 Изучение влияния условий катодного электролитно-плазменного насыщения на структурно-фазовое состояние модифицированного слоя, морфологию и шероховатость поверхности

3.3 Изучение влияния условий электролитно-плазменного полирования на структурно-фазовое состояние модифицированного слоя, морфологию и шероховатость диффузионно-насыщенной поверхности

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ИХ КАТОДНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПОЛИРОВАНИЕМ

4.1 Трибологические испытания углеродистых сталей после их катодного диффузионного насыщения с последующим полированием

4.2. Коррозионные испытания углеродистых сталей после их катодного диффузионного насыщения с последующим полированием

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЕЙ ПУТЕМ КАТОДНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ И АНОДНОГО ПОЛИРОВАНИЯ

5.1 Химические и электрохимические процессы, обеспечивающие и сопровождающие комбинированную обработку

5.2 Разработка составов электролитов и режимов обработки для катодного насыщения и анодного полирования, технологические рекомендации по их применению

5.3 Нейронно-сетевое прогнозирование входных параметров для оптимизации катодного диффузионного насыщения стали по микротвёрдости поверхностного слоя

5.4 Разработка технологического процесса комбинированной электролитно-плазменной обработки стальных поверхностей

5.5 Разработка технологии упрочнения технологической оснастки, применяемой на предприятии ООО «Термическая обработка пластических масс» (г. Кострома)

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов работы в производство

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт внедрения результатов работы в учебный процесс

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационных характеристик стальных изделий путем комбинирования катодного диффузионного насыщения и анодного полирования»

Актуальность темы исследования

Улучшение эксплуатационных характеристик готовых изделий напрямую влияет на качество создаваемого объекта. Придание объекту необходимой жесткости, предельной прочности, и стойкости к вибрации, износу, влиянии температуры и другим различным негативным факторам, обеспечивают работоспособность конечного механизма. Предъявляемые требования жесткости к детали достигаются уменьшением деформации, которая ухудшает работоспособность изделия. Устранить возможность разрушения и появления недопустимых остаточных деформаций достигается реализацией требований прочности при статическом, циклическом и ударном нагружениях. Кроме того, необходимо предусмотреть износостойкость детали, оказывающей воздействие на долговечность работы продукта.

Потребность производства механизмов с вышеперечисленными требованиями, увеличенной работоспособностью и улучшенными коррозионными и трибологическими свойствами, в настоящее время является проблемой для современного материаловедения, которую можно решить не только развитием современных конструкционных решений и использованием новых высокопрочных материалов, но и путем поверхностного упрочнения.

В числе перспективных способов поверхностного модифицирования находится электролитно-плазменная обработка в ее различных вариантах. Электролитно-плазменные технологии демонстрируют очевидную тенденцию к расширению в течение последних десятилетий, что отражается не только в числе публикаций, но и в структурировании описания этих методов. Комплексное улучшение ряда эксплуатационных характеристик металлических изделий дает электролитно-плазменное диффузионное насыщение. Кроме возможности одновременного улучшения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости данный вид технологии имеет преимущества перед традиционными технологиями химико-термической обработки: скоростью процесса, совмещением насыщения с закалкой в одной операции, возможностью

локальной обработки и др. Методы диффузионного насыщения принято классифицировать по полярности активного электрода на анодные и катодные, а также по химической природе диффузанта. Наибольшее число исследований проведено для катодного варианта электролитно-плазменного диффузионного насыщения. Для катодных процессов, в отличие от анодных, исключено анодное растворение, а эрозия поверхности под действием электрических разрядов будет способствовать увеличению шероховатости поверхности. Повышение шероховатости и неоднородности поверхности может способствовать снижению эксплуатационных характеристик, например, образование пор на поверхности будет благоприятствовать развитию центров коррозионного разрушения. Одним из решений данной проблемы является применение электролитно-плазменного полирования как последовательной операции после катодного насыщения.

Степень разработанности темы исследования

Анализ работ в области электролитно-плазменных технологий показал, что за более чем 60 лет различными исследовательскими группами предложены разнообразные составы электролитов процессов насыщения и полирования в условиях электролизной плазмы, режимы обработки, изучен структурно-фазовый состав модифицированных слоев, а также их трибологические, коррозионные и другие свойства, некоторое внимание уделено проблемам изучения механизма процессов. Все изученные процессы рассматривались как самостоятельные или финишные операции после механической обработки. Исследования по комбинированию различных видов электролитно-плазменных технологий отсутствуют. К тому же, полирование поверхности, предварительно подвергнутой химико-термическому упрочнению, ранее не проводилось. В связи с этим предлагаемое решение в диссертационном исследовании будет определять его научную новизну.

Целью настоящей работы является совершенствование технологии электролитно-плазменной обработки стальных изделий путем комбинирования катодного диффузионного насыщением и анодного полирования для повышения их эксплуатационных требований.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить закономерности изменения поверхности стали при КЭПН азотом, бором и/или углеродом с последующим АЭПП в водных электролитах, в том числе:

- изучить воздействие состава электролита и режимов КЭПН на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, морфологию и шероховатость поверхности сталей;

- исследовать влияние состава электролита и режимов АЭПП, а также условий предварительного КЭПН на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, морфологию и шероховатость диффузионно-насыщенной поверхности стали;

- рассмотреть процессы массопереноса, в том числе химические реакции, обеспечивающие и сопровождающие комбинированную ЭПО.

2. Проанализировать взаимосвязь изменения структурно-фазового состояния, морфологии и шероховатости обработанной поверхности с ее эксплуатационными свойствами, в частности:

- изучить воздействие состава рабочих растворов и режимов КЭПН с последующим АЭПП на изменение микротвердости модифицированного слоя;

- изучить влияние условий комбинированной обработки на характеристики износа и коррозии обрабатываемых стальных поверхностей.

3. На основе результатов экспериментальных исследований разработать технологические рекомендации по комбинированной ЭПО поверхности сталей путем КЭПН и АЭПП, в том числе:

- установить концентрации компонентов электролитов и предложить режимы обработки, способствующие повышению требуемых значений износостойкости и коррозионной стойкости стальных изделий при сохранении микротвердости диффузионных слоев, а также уменьшение шероховатости поверхности малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей.

- предложить решение по определению входных параметров КЭПН в зависимости от требуемых свойств образуемого диффузионного слоя;

- разработать технологический процесс, обеспечивающий повышение эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены закономерности изменения стальной поверхности в процессе КЭПН, а также при последующем АЭПП в водных электролитах, позволившие описать механизм процессов, заключающийся в одновременном протекании диффузии азота, углерода и бора в структуру поверхности, воздействии электрических разрядов на поверхность и ее окислении компонентами катодной парогазовой оболочки, а также разрушения пористого поверхностного оксидного слоя при полировании диффузионно-насыщенной поверхности. Доказано конкурирующее влияние процессов окисления и эрозии под действием электрических разрядов на морфологию поверхности, отражающееся в изменении ее шероховатости. С увеличением продолжительности КЭПН, протекающего в рамках теорий химико-термической обработки, происходит выравнивание профиля поверхности и, соответственно, снижение шероховатости благодаря уплотнению оксидного слоя, толщина которого и скорость окисления увеличиваются с возрастанием температуры обработки.

2. Проведена взаимосвязь эксплуатационных свойств поверхности стали с ее морфологическими и структурными характеристиками, позволившая установить комплексное воздействие структуры, состава и микротвердости диффузионных слоев, морфологии и шероховатости поверхности на износостойкость, а также пористости и плотности оксидного слоя на коррозионную стойкость, и, в итоге, установить возможность управления трибологическими и коррозионными свойствами обрабатываемой поверхности изменением состава растворов электролитов и режимов катодного насыщения и анодного полирования.

3. Изучены свойства электролитов для КЭПН и АЭПП конструкционных сталей и определены их концентрации, обеспечивающие высокое качество обрабатываемой поверхности.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Предложены составы рабочих растворов для КЭПН и АЭПП, способствующие изменению структуры и состава стальной поверхности с получением заданной микротвердости, износостойкости, коррозионной стойкости и шероховатости путем варьирования концентраций компонентов электролита и режимов комбинированной обработки.

2. Определена работоспособность растворов электролитов для комбинированной ЭПО поверхности сталей и разработаны практические рекомендации по их использованию.

3. Создана программа для ЭВМ для оптимизации процесса КЭПН стали по микротвердости поверхностного слоя с помощью нейронно-сетевого прогнозирования входных параметров.

4. Предложен алгоритм операций и управления технологическим процессом комбинированной ЭПО стальных изделий путем последовательного КЭПН и АЭПП, позволяющие повысить их эксплуатационные свойства.

5. Предложенный технологический процесс КЭПН и последующего АЭПП применяется на предприятии для производства пальцев, входящих в сборочную конструкцию пресс-формы для литья пластмассовых деталей, обеспечивая увеличение их износостойкости и срока эксплуатации.

6. Результаты исследования используются в качестве теоретического материала, практических заданий и лабораторных работ в учебном процессе, а также научных и научно-педагогических кадров по программе аспирантуры «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов».

Методология и методы исследования

Задачи исследования решались с помощью основополагающих законов металловедения, теории химико-термической обработки металлов, электрохимии, методов планирования, постановки, проведения и статистической обработки эксперимента.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технологические процессы комбинированной ЭПО поверхности стали КЭПН и последующим АЭПП, обеспечивающие повышение микротвердости, износостойкости и коррозионной стойкости, а также снижение шероховатости поверхности.

2. Закономерности влияния состава растворов электролита и режимов КЭПН на характер диффузионного насыщения стальной поверхности азотом, углеродом и/или бором и интенсивность высокотемпературного окисления, определяющие структурно-фазовый состав поверхностного слоя, морфологию и шероховатость поверхности и позволяющие управлять поверхностными свойствами.

3. Закономерности влияния состава электролита и режимов АЭПП на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, морфологию и шероховатость диффузионно-насыщенной поверхности стали, которые позволяют управлять эксплуатационными свойствами обрабатываемой поверхности.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов обеспечены использованием научно-обоснованных методов исследования и сертифицированного оборудования, значительным объемом экспериментальных данных и их статистической обработкой, корректным применением положений теорий химико-термической обработки, согласованностью с результатами других авторов в области ЭПО, а также подтверждением признания их научной общественностью на различных международных и всероссийских конференциях, публикациями в периодических изданиях и положительным результатом практической реализации результатов исследования.

Личный вклад автора

Автором лично проведен теоретический анализ литературных данных по теме исследования, поставлены цели и задачи исследования, совместно с научным руководителем и коллегами получены экспериментальные данные по структурно -фазовому составу, морфологии и эксплуатационным свойствам поверхности сталей, а также проведены теоретические обобщения и расчеты, представленные в работе.

Апробация результатов работы

Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: Международной научно конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (Плес, Ивановская область - 2015, 2020, 2021 и 2022 гг.); Международной научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва - 2014 и 2021 г.г.); Международной научно-технической конференции «Современные электрохимические технологии и оборудование» (Минск, Белоруссия - 2019 г.).

Работа соответствует паспорту специальности 2.6.1. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов по пунктам: п. 4. Теоретические и экспериментальные исследования термических, термоупругих, термопластических, термохимических, термомагнитных, радиационных, акустических и других воздействий на изменение структуры и свойств металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование; п. 6. Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов объемной и поверхностной термической, химико-термической, термомеханической и других видов обработок, связанных с термическим или термодеформационным воздействием, цифровизация и автоматизация процессов, а также разработка информационных технологий систем сквозного управления технологическим циклом, специализированного оборудования.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников (105 наименований). Общий объем диссертации составляет 146 страниц, работа содержит 69 рисунков и 39 таблиц.

Работа выполнена в Костромском государственном университете (г. Кострома) в соответствии с планами научно-исследовательских работ и при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 18-79-10094 «Разработка комбинированной технологии обработки поверхности стальных изделий электролитно-плазменным химико-термическим упрочнением и полированием»).

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.1 Общие сведения об электролитно-плазменных методах диффузионного насыщения

Имеющимся методам диффузионного насыщения присущи свои недостатки: значительная длительность обработки, к примеру длительность процесса цементации варьируется от 5 до 15 и более часов в зависимости от марки стали и глубины диффузии углерода; для микродугового оксидирования применяются сложные электролиты и источники питания, обладающие большой стоимостью; гальванические методы нуждаются в детальной подготовке обрабатываемой поверхности, кроме того они не создают необходимого сцепления с подложкой; высокая шероховатость поверхности отличает электроискровые процессы.

Высокая скорость нагрева и обработки детали, перспектива образования наноразмерных структур, удобство выполнения локальной обработки и др. отличают процессы комбинированного электролитно-плазменного насыщения металлов от имеющихся методов химико-термической обработки [1].

Явление электрических разрядов в жидкостях привлекло интерес исследователей России и Германии еще в позапрошлом веке [2], а первые патенты на его применение появились в Англии, Франции и Германии. Во второй половине XX века катодный нагрев деталей с последующей закалкой начал применяться на Харьковском тракторном заводе. После Великой Отечественной войны интерес к процессу возрастал, но география исследователей не расширилась. Основные работы выполнялись в СССР, прежде всего школой И.Г. Ясногородского [3], и в Японии под руководством И. Киеси. Эти разработки послужили началом дальнейшего развития электролитно-плазменной обработки (ЭПО), в частности катодной закалки, и даже используются в качества прототипа современными авторами [4]. Важной для понимания явления можно считать

статью Г. Келлога (Великобритания), в которой обосновано локальное вскипание электролита у электрода с меньшей поверхностью [5]. Ученые из Советского Союза (В.С. Ванин и др.) несколько позже стали исследовать процессы диффузионного насыщения металлов и сплавов. В последующем метод стал использоваться в промышленности для скоростных процессов цементации малоуглеродистых и нитрозакалки среднеуглеродистых сталей. В 1980-х годах Опытный завод Академии наук Молдавии изготовил несколько десятков опытно -промышленных установок анодной обработки, нашедших применение на участках предприятий легкой промышленности России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Молдавии, Румынии. Физико-химические и технологические особенности электролитно-плазменной обработки описаны в монографиях [6, 7].

В конце XX и начале XXI века география исследований процесса ЭПО существенно расширилась благодаря обзору А.Л. Ерохина и др. [8], в котором рассматривались процессы электролитно-плазменного осаждения слоев, микродугового оксидирования металлов и сплавов, а также их насыщение азотом и/или углеродом. В настоящее время основная часть публикаций принадлежит авторам из Китая, которые представляют несколько научных школ в разных учреждениях страны, а также Ирана (университеты Тегерана, Шираза и Семнана) и Великобритании (Шеффилдский и Манчестерский университеты). Эти коллективы ведут систематические исследования с очевидной преемственностью. Отдельные вопросы электролитно-плазменных технологий изучаются в Германии, Австралии, Белоруссии, Испании, Молдавии, Индии, Казахстане, США, Турции, Украине, Франции, Чили, Южной Корее.

Получение наноразмерных структур с помощью импульсов стала новым этапов в развитии электролитно-плазменного нагрева, преимущественно в катодном варианте. Механизм катодного электролиза, составы растворов электролитов для насыщения, получаемые покрытия и их механические и электрохимические свойства представлены в обзоре М. Алиофхазраи [9]. Там же рассмотрены особенности формирования наноразмерных слоев, условия их

формирования и получаемые свойства, в частности, влияние характера распределения кристаллов по размерам на их коррозионную стойкость.

На протяжении примерно четверти века в Костромском государственном университете проводятся исследования катодные и анодные варианты электролитно-плазменного насыщения металлов и сплавов легкими элементами (углеродом, азотом и/или бором), а также их анодное полирование поверхности. На сегодняшний день исследовательской группой университета опубликовано более 200 публикаций, подготовлено 8 кандидатских и две докторские диссертаций, а также завершено 12 проектов по грантам Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований и Министерства науки и образования Российской Федерации на сумму, превышающую 60 млн. рублей. Вышеперечисленные достижения представляют собой продолжением исследований, основанных академиком Борисом Романовичем Лазаренко в Институте прикладной физики Академии наук Молдавской ССР. Он был организатором пионерских работ, открывших способность проведение анодной электролитно-плазменной обработки и анодного полирования для диффузионного насыщения металлов и сплавов легкими элементами. Однако, число публикаций, связанных с комбинированной электролитно-плазменной обработкой, весьма незначительно, поэтому их анализ возможен лишь по ограниченному кругу вопросов.

В предлагаемой диссертации будут рассмотрены физические основы электролитно-плазменного насыщения сталей, а также получаемые эксплуатационные свойства, необходимые материалу для успешной эксплуатации в заданных условиях, после анодного электролитно-плазменного полирования.

Рассмотрим подробно физические основы плазменного электролиза в зависимости от полярности обрабатываемого образца.

1.2 Процессы, сопровождающие электролитно-плазменную обработку

Процессы электролиза в условиях плазмы привлекали внимание ученых XIX века, которые описывали свечение электрода в жидкости на основе

наблюдения. В дальнейшем исследователи стали использовать термин «электролитный нагрев» для патентования метода закалки в электролите или его применении в промышленности. Кроме того, стали употреблять названия «катодный эффект» или «анодный эффект» в водных электролитах, отражающие акцент на теплофизической аналогии с кризисом кипения. Технологический подход ставит в приоритет практическое использование процесса, поэтому в «Химической энциклопедии» метод назван электрохимико-термической обработкой металлов и сплавов. С электрохимической точки зрения данный процесс можно описать как модификацию электролиза сопровождающийся появлением электрических разрядов вблизи электрода, что приводит к термину «электролизная плазма». Сегодня это название наиболее распространенно в отечественной и международной литературе.

В настоящее время доказано, что плазменный электролиз - это комплекс процессов в трехфазной электрохимической системе, состоящий из раствора электролита, парогазовой оболочки (ПГО) и металлического электрода.

Для модификации поверхности обрабатываемых металлов и сплавов используются разные составы растворов электролитов и режимы прохождения тока через парогазовую оболочку. В этой связи ПГО является центральным элементом системы, а ее образование и условия существования определяют практически все свойства обрабатываемой детали.

Во всех технологиях используются явления, протекающие в окрестностях электрода с гораздо меньшей (на порядок) поверхностью, представляющего собой обрабатываемую деталь. Полярность обрабатываемой детали определяет механизм нагрева и процессы, проходящего явления: катодный или анодный нагрев [10].

В промышленных условиях для закалки деталей простой формы и невысокой точности, а также нагрева заготовок под обработку применяется катодный вариант процесса.

В настоящее время приобретает популярность анодный вариант нагрева, благодаря которому снижается риск перегрева кромок, эрозии обрабатываемой

поверхности и происходит новый процесс химико-термического упрочнения стальных изделий.

Перспективным направлением интенсификации диффузионного насыщения является комбинированная обработка, повышающая эксплуатационных характеристика требуемого объекта.

1.2.1 Особенности анодного электролитно-плазменного насыщения

Различные режимы прохождения тока принято рассматривать на вольт-амперной характеристике (ВАХ) процесса, иногда дополняемой вольт-температурной характеристикой (ВТХ).

Становление процесса нагрева на аноде происходят благодаря возникновению парогазовой оболочки (ПГО) вокруг анода, которая разделяет металлическую поверхность электрода от рабочего раствора электролита и отличается собственной электропроводностью. Наибольшее количество теплоты отходит в образуемую ПГО, имеющую максимальное сопротивление [11].

Потоки тепла из системы распределены в раствор электролита и металл образца, при этом циклично происходит разогрев электрода-анода и испарение жидкости с образованием пара и наступает стационарное состояние электролитно-плазменной обработки, подобное режиму плёночного кипения [12].

В связи с тем, что в ПГО заключены тепловые источники, она представляет собой нагревательный элемент системы и поэтому небольшая толщина ПГО (~10-5м) определяет высокую скорость нагрева (до 100 град/с) с помощью варьирования температурного фактора в диапазоне ~ 400 до 1200 °С путем изменения приложенного напряжения. Взаимосвязь температуры образца и напряжения соизмерима с линейной зависимостью и обусловлена размерами детали, электропроводностью и скоростью раствора электролита [13].

Течение электрического тока сквозь раствор электролита приводит к нагреву обрабатываемого образца [14]. При этом ВТХ ячейки позволяет выделить явления и режимы проводимости (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Вольт-амперная (а) и вольт-температурная (б) характеристики электрохимической ячейки с образца-анода

На отрезке АВ электрический ток при невысоких значений приложенного напряжения отражается законом Ома, а процессы, проходящие на электроде, законом Фарадея без регистрации зрительных и слуховых эффектов.

С увеличением напряжения раствор электролита начинает нагреваться прежде всего в близи области образца-анода, поскольку в ней сконцентрировано почти все сопротивление ячейки.

В этой связи температура анода ТА увеличивается и в точке В доходит до 100 °С (рисунок 1.1 (б). Пунктирная часть на отрезке АВ (рисунок 1.1(а) не всегда является линейной в связи с изменением удельной электропроводности при разогреве раствора электролита.

Отрезок ВС характеризуется прерываниями тока, когда течение тока принимает импульсный характер в связи с цикличной конденсацией пара вокруг образца-анода. Такой характер явления не дает возможности раскрыть

проходящие процессы в системе ПГО-анод-электролит только приложенных значений тока и напряжения, поэтому отрезки на ВТХ в области осцилляции тока условны (рисунок 1.1(а).

Парогазовая оболочка нарушается благодаря пробою пара, который инициирует её мгновенное расширение и конденсацию. При таком напряжении температура образца-анода достигает 100 °С. Визуально наблюдается свечение, создающееся искровыми разрядами, кроме того образование и разрушение ПГО сочетается с треском и шумом.

В точке С резко увеличивается температура образца-анода, вследствие установления парогазовой оболочки и пульсации электрического тока.

На отрезке СD отмечается режим высокотемпературного нагрева. Парогазовая оболочка светится желтым цветом неизменно и постоянно, явление проходит с небольшим шипением.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горохов Илья Сергеевич, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кусманов, С.А. Развитие теории анодной электролитно-плазменной обработки поверхностей изделий из сплавов с Fe-Ti основой для обеспечения их износо- и коррозионной стойкости [Текст]: Дисс. ...доктора технических наук (PhD) / С.А. Кусманов. - Кострома, 2017. - 6 с.

2. Лазаренко, Б. Р. Коммутация тока на границе металл - электролит [Текст] / Б. Р Лазаренко, С. П. Фурсов, А. А. Факторович, Е. К. Галанина, В. Н. Дураджи. Кишинев: РИО АН МССР, 1971. - С. 11-13.

3. Belkin, P. N. Anodic heating in aqueous solutions of electrolytes and its use for treating metal surfaces [Текст] / P. N. Belkin, V. I. Ganchar, A. D. Davydov, A. I. Dikusar, E. A. Pasinkovskii // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. -1997. - No 2. - P. 1-15.

4. Патент 6022468 США, C21D 1/00. Electrolytic hardening process / Luk S. F., Leung T. P. Miu W. S., Pashby I. R. 08/967135; заявл. 10.11.97; опубл. 08.02.00.

5. Kellogg, H. H. Anode effect in the aqueous electrolyses [Текст] / H.H. Kellogg // Journal of the Electrochemical Society. - 1950. - V. 97. - No 4. -P. 133-142.

6. Белкин, П. Н. Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] / П. Н Белкин // М.: Мир, 2005. -336 с.

7. Суминов, И. В. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов [Текст] / И.В. Суминов, П.Н. Белкин, А.В. Эпельфельд и др. Том I. - М.: Техносфера, 2011. - 464 с.

8. Yerokhin, A. L. Plasma electrolysis for surface engineering [Текст] / A.L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, A. Matthews, S.J. Dowey // Surface and Coatings Technology. - 1999. - V. 122. - P. 73-93.

9. Aliofkhazraei, M. Nano-Fabrication by Cathodic Plasma Electrolysis [Текст] / M. Aliofkhazraei, A.Sabour Rouhaghdam, P. Gupta. // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. - 2011. - No 36. - P. 174-190.

10. Кусманов, С.А. Теоретические основы электролитно-плазменного нагрева и его применение для диффузионного насыщения металлов и сплавов [Текст] / С.А. Кусманов., И.Г. Дьяков, П.Н. Белкин // Кострома, 2017 - С. 420

11. Горохов, И.С. Особенности анодного нагрева стали в электролите состава борная кислота - глицерин - хлорид аммония [Текст]: Выпускная квалификационная работа / И.С. Горохов. - Кострома, 2015. - 6 с.

12. Белкин, П. Н. Прохождение тока через парогазовую оболочку при анодном электролитном нагреве [Текст] / П.Н. Белкин, В.И. Ганчар // Электронная обработка металлов. - 1988. - № 5. - С. 59-62.

13. Кусманов, С.А. Совершенствование анодной цементации малоуглеродистых сталей с помощью модификации состава электролита [Текст]: Дисс. .. .кандидата технических наук / С.А. Кусманов. - Кострома, 2010. - 12 с.

14. Белкин, П. Н. Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] / П. Н. Белкин. - М.: Мир, 2005. - 336 с.

15. Garbarz-Olivier, J. Etude oscillorgaphique du conrant pendant les effects d'anode les solutions aqueuses d'electrolyte [Текст] / J. Garbarz-Olivier, C. Guilpin // Comptes Rendus de Academie des Sciences. - 1973. - C. 277. - № 2. - P. 77.

16. Ширяева, С.О. О некоторых особенностях появления ионов вблизи заряженной поверхности интенсивно испаряющегося электролита [Текст] / С.О. Ширяева, А.И. Григорьев, В.В. Морозов // Журнал технической физики. -2003. - Т. 73. - Вып. 7. - С. 21-27.

17. Белкин, П.Н. Исследование проводимости паровой пленки при анодном электролитном нагреве [Текст] / П.Н. Белкин, В.И. Ганчар, Ю.Н. Петров // Доклады АН СССР. - 1986. - Т. 291. - № 5. - С. 1116-1119.

18. Смирнов, А.А. Нитрозакалка стали 45 методом анодной электролитно-плазменной обработки [Текст]: Выпускная квалификационная работа / А.А. Смирнов. - Кострома, 2014. - 15 с.

19. Ясногородский, И. З. Электролитный нагрев металлов [Текст] / И. З. Ясногородский // Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов. - Л.: Машиностроение, 1971. - С. 117-168.

20. Ясногородский, И. З. Автоматический нагрев в электролите [Текст] / И.З. Ясногородский. - М.: Оборонгиз, 1947.- 24 с.

21. Лазаренко, Б. Р. Об особенностях электролитного нагрева при анодном процессе [Текст] / Б. Р. Лазаренко, В. Н. Дураджи, А. А. Факторович, И. В. Брянцев // Электронная обработка материалов. - 1974. - №3. - С. 37-40.

22. Белкин, П. Н. Влияние размеров анода на его температуру при нагреве электролитной плазмой [Текст] / П. Н.Белкин // Электронная обработка материалов. - 1976. - №2. - С. 40-42.

23. Исаченко, В. П. Теплопередача [Текст] / В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 278.

24. Белкин, П. Н. Тепловые потоки при нагреве анода в водных растворах [Текст] / П. Н. Белкин, А. К. Товарков // Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова. - 2001. - №3. - С. 8-12.

25. Ганчар, В. И. Анодное растворение железа в процессе электролитного нагрева [Текст] / В. И. Ганчар, И. М. Згардан, А. И. Дикусар // Электронная обработка материалов. - 1994. - №4.- С. 56-61.

26. Meletis, E. I. Electrolytic plasma processing for Cleaning and Metal-coating of Steel Surface [Текст] / E.I. Meletis, X. Nie, F.L. Wang, J.C. Jiang // Surface and Coatings Technology. - 2002. - V. 150. - P. 246-256.

27. Sengupta, S. K. Contact glow discharge electrolysis: a study of its onset and location [Текст] / S.K. Sengupta, O.P. Singh // Journal of Electroanalytical Chemistry. - 1991. - V. 301. - P. 189-197.

28. Paulmier, T. Development of a novel cathodic plasma/electrolytic deposition technique. Part 2: Physico-chemical analysis of the plasma discharge [Текст] / T. Paulmier, J.M. Bell, P.M. Fredericks // Journal of materials processing technology. - 2008. - V. 208. - P. 117-123.

29. Shadrin, S. Yu. Analysis of models for calculation of temperature of anode plasma electrolytic heating [Текст] / S.Yu. Shadrin, P.N. Belkin // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. - V. 55. - P. 179-186.

30. £avu$lu, F. Kinetics and mechanical study of plasma electrolytic carburizing for pure iron [Текст] / F. £avu$lu, M. Usta // Applied Surface Science. -2011. - V. 257. - Iss. 9. - P. 4014-4020.

31. Mahzoon, F. Study the fatigue-wear behavior of a plasma electrolytic nitrocarburized (PEN/C) 316L stainless steel [Текст] / F. Mahzoon, S.A. Behgozin, M.E. Bahrololoom, S. Javadpour // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2012. - V. 21. - No 8. - P. 1751-1756.

32. Kusmanov, S.A. Carbon transfer from aqueous electrolytes to steel by anode plasma electrolytic carburizing [Текст] / S.A. Kusmanov, S.Yu. Shadrin, P.N. Belkin // Surface and Coatings Technology. - 2014. - V. 258. - P. 727-733.

33. Kusmanov, S.A. Possibilities of increasing wear resistance of steel surface by plasma electrolytic treatment [Текст] / S.A. Kusmanov, S.A. Silkin, A.A. Smirnov, P.N. Belkin // Wear. - 2017. - V. 386-387. - P. 239-246.

34. Kusmanov, S.A. Features of anode plasma electrolytic nitrocarburising of low carbon steel [Текст] / S.A. Kusmanov, Yu.V. Kusmanova, A.R. Naumov, P.N. Belkin // Surface and Coatings Technology. - 2015. - V. 272. - P. 149-157.

35. Belkin, P.N. Mechanism and technological opportunity of plasma electrolytic polishing of metals and alloys surfaces [Текст] / P.N. Belkin, S.A. Kusmanov, E.V. Parfenov // Applied Surface Science Advances. - 2020. -Vol. 1. - P. 100016.

36. Huang, Y. Residual stress of belt polishing for micro-stiffener surface on the titanium alloys [Текст] / Y. Huang, G. Xiao, H. Zhao, L. Zou, L. Zhao, Y. Liu, W. // Dai Procedia CIRP.- 2018. - P. 11-15.

37. Erdemir, A. Durability and tribological performance of smooth diamond films produced by Ar-C60 microwave plasmas and by laser polishing. [Текст] / A. Erdemir, M. Halter, G.R. Fenske, A. Krauss, D.M. Gruen, S.M. Pimenov, V.I. Konov // Surface and Coatings Technology. - 1997. - P. 537-542.

38. Shao, T.M. An approach to modelling of laser polishing of metals [Текст] / T.M. Shao, M. Hua, H.Y. Tam, E.H.M. Cheung // Surface and Coatings Technology. -2005. - P. 77-84.

39. Yung, K.C. Laser polishing of additive manufactured CoCr components for controlling their wettability characteristics [Текст] / K.C. Yung, W.J. Wang, T.Y. Xiao, H.S. Choy, X.Y.Mo, S.S. Zhang, Z.X. Cai // Surface and Coatings Technology. -2018. - P. 89-98.

40. Chkhalo, N.I. Effect of ion beam etching on the surface roughness of bare and silicon covered beryllium films [Текст] / N.I. Chkhalo, M.S. Mikhail enko, A.V. Mil'kov, A.E. Pestov, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, I.L. Strulya, M.V. Zorina, S.Yu. Zuev // Surface and Coatings Technology. - 2017. - P. 351-356.

41. Singer, I.L. Polishing wear behavior and surface hardness of ion-beam-modified Ti-6Al-4V [Текст] / I.L. Singer, R.N. Bolster, H.M. Pollock, J.D.J. Ross // Surface and Coatings Technology. - 1988. - P. 531-540.

42. Johnson, C.E. Chemical polishing of diamond [Текст] / C.E Johnson. // Surface and Coatings Technology. - 1994.- P. 374-377.

43. Ushomirskaja, L.A. Полирование легированных сталей в нетоксичных электролитах при высоком напряжении [Текст] / L.A. Ushomirskaja, V.I. Novikov // Metalloobrab. - 2008.- P. 22-24.

44. Kirillov, N.B. Investigation of the effect of electrolyte-plasma polishing on the quality of the surface layer of alloy steel products [Текст] / N.B. Kirillov, S.D. Vasilkov, V.I. Novikov Nauch // Tech. Vedomosti St. Petersburg State Polytechnic University. - 2010.- P. 130-135.

45. Kulikov, I.S. Plasma electrolytic processing of materials [Текст] / I.S. Kulikov, S.V. Vashchenko, A.Ya. Kamenev // Belaruskaya Navuka, Belarus. - 2010.- 231 p.

46. Mukaeva, V.R. Математическое моделирование процесса электролитно-плазменного полирования [Текст] / V.R. Mukaeva, E.V. Parfenov // Vestnik Ufa State Aviation Tech. Univ. - 2012.- P. 67-73.

47. Amirkhanova, N.A. Study the fatigue-wear behavior of a plasma electrolytic nitrocarburized (PEN/C) 316L stainless steel [Текст] / F. Mahzoon, S.A. Behgozin, M.E. Bahrololoom, S. Javadpour // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2012. - V. 21 - P. 1751-1756.

48. Ushomirskaya, L.A. Особенности развития электрического разряда при электролитно-плазменном полировании [Текст] /

L.A. Ushomirskaya, A.P. Veselovsky, A.P. Golovitsky, S.E. Kuminov // Metalloobrab.

- 2006. - No 4. - P. 13-15.

49. Банных, О.А. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа [Текст] / О.А. Банных, П.Б. Будберг, С.П. Алисова. - М.: Металлургия, 1986. - 440 с.

50. Грдина, Ю.В. О некоторых особенностях азотирования в электролите [Текст] / Ю.В. Грдина, Б.А. Бруслинский, Е.Е. Коглер // Известия вузов (черная металлургия). - 1968. - № 10. - С. 110-113.

51. Belkin, P.N. Plasma Electrolytic Nitriding of Steels [Текст] / P.N Belkin, S.A Kusmanov // J. Surf. Invest. X-ray Synchrotron Neutron Techn. - 2017. - Vol. 11.

- No. 4. - P. 767-789.

52. Kusmanov, S.A. Features of Nitroquenching of Medium-Carbon Steel during Anodic Electrolyte-Plasma Processing [Текст] / S.A. Kusmanov, A.A Smirnov, P.N Belkin // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. - 2016. - Vol. 52. - No. 1.

- P. 133-139.

53. Kusmanov, S.A. Anode plasma electrolytic nitrohardening of medium carbon steel [Текст] / S.A. Kusmanov, A.A. Smirnov, Yu.V. Kusmanova, P.N. Belkin // Surface and Coatings Technology. - 2015. - V. 269. - P. 308-313.

54. Smirnov, A.A. Improvement of corrosion and wear resistance of 45 steel with anode plasma electrolyte nitriding [Текст] / A.A Smirnov., S.A Silkin., P.N Belkin., I.G Dyakov., V.S Sevostyanova., S.A Kusmanov // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. - 2017. - V. 60. - No. 1. - P. 81-86.

55. Кораблева, С.С. Влияние условий катодного электролитно-плазменного азотирования на свойства поверхности стали 45 [Текст] / С.С Кораблева, И.С. Горохов, А.К. Мухина, Р.Д. Белов, А.А. Смирнов, К.И. Бесчетникова, Е.В. Сокова, И.В. Тамбовский, П.Н. Белкин, С.А. Кусманов // Инновационные материалы и технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, г. Минск, 19-21 янв. 2021 г. [Электронный ресурс] -Минск : БГТУ, 2021. - С. 360-364.

56. Грдина, Ю.В. О некоторых особенностях азотирования в электролите [Текст] / Ю.В. Грдина, Б.А. Бруслинский, Е.Е. Коглер // Известия вузов (черная металлургия). - 1968. - № 10. - С. 110-113.

57. Nie, X. Sliding wear behaviour of electrolytic plasma nitrided cast iron and steel [Текст] / X. Nie, L. Wang, Z.C. Yao, L. Zhang, F. Cheng // Surface and Coatings Technology. - 2005. - V. 200. - Iss. 5-6. - P. 1745-1750.

58. Белкин, П.Н. Поверхностная твердость сталей, азотированных в условиях электролитного нагрева [Текст] / П.Н. Белкин, Е.А. Пасинковский // Электронная обработка материалов. - 1986. - № 4. - С. 27-29.

59. Cowling, J.M. Effect of internal residual stresses on the fatique behavior of nitrided En41b steel [Текст] / J.M. Cowling, J.W. Martin // Heat. Treat. 79 Proc. Int. Conf. Birmingham. - 1979-1980. - P. 178-181.

60. Бернштейн, М.Л. Влияние предварительной высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) на электролитное азотирование стали 30Х3МФ1 [Текст] / М.Л. Бернштейн, М.Л. Минков, Г.С. Андреева, П.Н. Белкин, Е.А. Пасинковский, А.А. Факторович // Электронная обработка материалов. -1983. - № 6. - С. 65-67.

61. А.с. 487961 СССР, МКИ С23с 9/16. Способ нитроцементации стали [Текст]/ Ю.М. Лахтин, Г.Н. Неустроев, Я.Д. Коган, В.М. Бординов, В.Н. Хрулев, Б.И. Журавлев, Б.Г. Гольдштейн; Б.И. - 1975. - № 37.

62. А.с. 1158601 СССР, МКИ С2Ы 1/78. Способ термообработки стали с карбонитридным упрочнением / А.Н. Лещенко, В.А. Мирко, О.Н. Сосковец, Л.М. Михалев, Ю.С. Дворядкин; Днепропетровский металлургический институт // Б.И. - 1985. - № 20.

63. Иосинори, Т. Химико-термическая обработка в электролите [Текст] / Т. Иосинори // Кикай гидзюцу. - 1977. - T. 25. - № 8. - С. 118-119.

64. Рахадилов, Б.К. Электролитно-плазменное азотирование поверхностных слоев быстрорежущих сталей [Текст]: Дисс. .доктора философии (PhD) / Б.К. Рахадилов. - Усть-Каменогорск, 2014.

65. Заявка 2934113 ФРГ, МКИ C23F 7/04. Способ повышения коррозионной стойкости азотированных деталей из сплавов железа [Текст] / Х. Кунст, Х. Скондо; заявл. 23.08.79, опубл. 9.04.81.

66. Патент 4131492 США, МКИ С23с 11/16. Стальные изделия с азотированной и частично окисленной поверхностью и способ их получения [Текст] / С. Фушими, Т. Мията; заявл. 6.04.77, опубл. 26.12.78.

67. Фуджи, Ш. Анализ поверхности термостойкой стали, подвергнутой оксиазотированию [Текст] / Ш. Фуджи, С. Фушими, М. Хашимото // Journal of Japanese Society of Heating Treatment. - 1982. - V. 22. - No 2. - P. 105-110.

68. Чернова, Г.П. Электрохимическое и коррозионное поведение стали 40Х, азотированной в электролитной плазме [Текст] / Г.П. Чернова, Н.Л. Богдашкина, В.В. Паршутин и др. // Защита металлов. - 1984. - Т. 20. -№ 3. - С. 408-411.

69. Ревенко, В.Г. Влияние азотирования при электролитном нагреве на электрохимическое и коррозионное поведение стали 45 [Текст] / В.Г. Ревенко, В.В. Паршутин, Г.П. Чернова и др. // Электронная обработка материалов. -1985. - № 5. - С. 56-59.

70. Ревенко, В.Г. Влияние параметров процесса азотирования в электролите на защитные свойства конверсионных покрытий [Текст] /

B.Г. Ревенко, Г.П. Чернова, В.В. Паршутин и др. // Защита металлов. - 1988. -Т. 24. - № 2. - С. 204-210.

71. Andrei, V. Chemical and structural modifications induced in structural materials by electrochemical processes [Текст] / V. Andrei, Gh. Vlaicu, M. Fulger,

C. Ducu, C. Diaconu, Gh. Oncioiu, E. Andrei, M. Bahrim, A. Gheboianu // Romanian Reports in Physics. - 2009. - V. 61. - No 1. - P. 95-104.

72. Bejar, M.A. Surface hardening of steel by plasma-electrolysis boronizing [Текст] / M.A. Bejar, R. Henriquez // Materials and Design. - 2009. - V. 30. - P. 17261728.

73. Taheri, P. Evaluation of Nanocrystalline Microstructure, Abrasion, and Corrosion Properties of Carbon Steel Treated by Plasma Electrolytic Boriding [Текст] /

P. Taheri, Ch. Dehghanian, M. Aliofkhazraei, A.S. Rouhaghdam // Plasma Processes and Polymers. - 2007. - No 4. - S711-S716.

74. Кузенков, С.Е. Борирование стали 45 в электролитной плазме [Текст] / С.Е. Кузенков, Б.П. Саушкин // Электронная обработка материалов. - 1996. -№ 4-6. - С. 24-28.

75. Гладий, Ю.П. Борирование малоуглеродистой стали при анодном электролитном нагреве в электролитах на основе тетрабората натрия [Текст] / Ю.П. Гладий, И.Г. Дьяков, А.Р. Наумов // Сборник трудов 4-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия». - М.: «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2005. -С. 111-114.

76. Терентьев, С.Д. Интенсификация химико-термической обработки металлов [Текст] / С.Д. Терентьев // Электронная обработка материалов. - 1982. -№ 2. - С. 83-84.

77. Тамбовский, И.В. Боронитроцементация стали при анодной электролитно-плазменной обработке [Текст] / И.В. Тамбовский, М.Р. Комиссарова, С.А. Кусманов, И.Г. Дьяков, И.С. Горохов, А.Р. Наумов, П.Н. Белкин // Труды 13-й Международной научно-технической конференции. 25-26 ноября 2014 г. МАТИ : Сб. трудов. - М.: ПР0БЕЛ-2000, 2014. - С. 333.

78. Wang, B. Characterization of surface hardened layers on Q235 low-carbon steel treated by plasma electrolytic borocarburizing [Текст] / B. Wang, W.B. Xue, J. Wu, X.Y. Jin, M. Hua, Z.L. Wu // Journal of Alloys and Compounds. - 2013. -No 578. - P. 162-169.

79. Wang, B. High temperature tribological behaviors of plasma electrolytic borocarburized Q235 low-carbon steel [Текст] / B. Wang, X.Y. Jin, W.B. Xue, Z.L. Wu, J.C. Du, J. Wu // Surface and Coatings Technology. - 2013. - No 232. -P. 142-149.

80. Kusmanov S.A., Tambovskiy I.V., Sevostyanova V.S., Savushkina S.V., Belkin P.N. Anode plasma electrolytic boriding of medium carbon steel // Surface and Coatings Technology. -2016. V. 291. - P. 334-341.

81. Korableva, S.S. Cathodic boring and anodic polishing of medium-carbon steel by plasma electrolysis [Текст] / S.S. Korableva, I.R. Palenov, I.M. Naumov, A.A. Smirnov, I.S. Gorokhov, I.A. Kusmanova, R.D. Belov, E.V.Sokova, K.I. Bestchetnikova // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 2144. - P.012027.

82. Aliofkhazraei, M. Nano-Fabrication by Cathodic Plasma Electrolysis [Текст] / M. Aliofkhazraei, A.Sabour Rouhaghdam, P. Gupta. // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. - 2011. - No 36. - P. 174-190.

83. Aliofkhazraei, M. Study of nanocrystalline plasma electrolytic carbonitriding for CP-Ti [Текст] / M. Aliofkhazraei, P. Taheri, A.Sabour Rouhaghdam, C. Dehghanian // Materials Science. - 2007. - V. 43. - No 6. - P. 791-799.

84. Kusmanov, S.A. Steel Surface Modification by Cathodic Carburizing and Anodic Polishing under Conditions of Electrolytic Plasma [Текст] / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskii, S.S. Korableva, P.N. Belkin // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. - 2020. - V. 56. - P. 553-560.

85. Kusmanov, S.A. Enhancement of Wear and Corrosion Resistance in Medium Carbon Steel by Plasma Electrolytic Nitriding and Polishing [Текст] / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, S.S. Korableva, I.G. Dyakov, S.V.Burov, P.N. Belkin // Journal of Materials Engineering and Performance. -2019. - V. 28. -P. 5425-5432.

86. Tarakci, M. Plasma electrolytic surface carburized and hardening of pure iron [Текст] / M. Tarakci, K. Korkmaz, Y. Gencer, M. Usta // Surface and Coating Technology. - 2005. - V. 199. - Iss. 2-3. - P. 205-212.

87. Иноуэ, К. Особенности цементации стали в разряде [Текст] / К. Иноуэ, И. Сима // Нихон киндзоку гаккай си. - 1969. - T. 33. - № 7. - С. 755-760.

88. Дураджи, В.Н. Науглероживание стали в электролитной плазме при анодном процессе [Текст] / В.Н. Дураджи, И.В. Брянцев, А.М. Мокрова, Т.С. Лаврова // Электронная обработка материалов. - 1979. - № 6. - С. 20-24.

89. Душевский, И.В. Электролитно-плазменная цементация электролитического железа и его сплавов [Текст] / И.В. Душевский, В.И. Добря //

Прогрессивные способы восстановления деталей машин и повышения их прочности. - Кишинев, 1979. - С. 5-9.

90. Белихов, А.Б. Особенности анодной цементации железографитов [Текст] / А.Б. Белихов, П. Н. Белкин // Электронная обработка материалов. -1998. - № 5-6. - С. 23-31.

91. Белихов, А.Б. Анодная цементация материалов на основе железа с целью повышения их износостойкости [Текст]: Автореф. дис.канд. техн. наук. / А.Б. Белихов - Кострома, 1999. - 15 с.

92. Ioshinori, T. Химико-термическая обработка в электролите [Текст] / Т. Иосинори // Кикай гидзюцу. - 1977. - T. 25. - № 8. - С. 118-119.

93. Rezaei, A. Carburizing of low carbon steel with plasma electrolysis in aqueous solution [Текст] / A. Rezaei, A. Shokuhtar, M.Asadi, M.M. Hosseinzadeh, S. Ahmadi //Defect and Diffusion Forum. - 2006. - Vol. 258. - PP. 26-31.

94. Kusmanov, S.A. Increasing hardness and corrosion resistance of mediumcarbon steel surface by cathodic plasma electrolytic nitriding [Текст] / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, I.S. Gorokhov, S.S. Korableva, S.A. Silkin, A.A. Smirnov, I.A. Kusmanova // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. - 2022. - Vol. 58. - No 4. - PP. 323-329.

95. Rakhadilov, B. The influence of electrolytic-plasma nitriding on the structure and tribological properties of high-speed steels [Текст] / B. Rakhadilov, S. Kurbanbekov, A. Mimiyazov // Tribolocia. - 2015. - No 6. - P. 93-104.

96. Skakov, M. Influence of Electrolyte Plasma Treatment on Structure [Текст] / M. Skakov, B. Rakhadilov, M. Sheffler // Phase Composition and Microhardness of Steel Р6М5, Key Eng. Mater. - 2013. - V. 531-532. - P. 627-631.

97. Yerokhin, A.L. Duplex surface treatments combining plasma electrolytic nitrocarburising and plasma-immersion ion-assisted deposition [Текст] / A.L. Yerokhin, A. Leyland, C. Tsotsos, A.D. Wilson, X. Nie, A. Matthews // Surface and Coatings Technology. - 2001. - No 142-144. - P. 1129-1136.

98. Afsar, N. Effect of ringers solution on wear and friction of stainless steel 316L after plasma electrolytic nitrocarburising at low voltages [Текст] / N. Afsar, M.E. Bahrololoom, M.H. Shariat, F. Mahzoon, T. Jozaghi // Journal of materials processing technology. - 2011. - Vol. 27. - No 10. - PP. 906-912.

99. Huang, J. Characterization and one-step synthesis of hydroxyapatite-Ti(C, N)-TiO2 composite coating by cathodic plasma electrolytic saturation and accompanying electrochemical on titanium alloy [Текст] / J. Huang, X. Fan, D. Xiong, J. Li, H. Zhu, M. Huang // Surface and Coatings Technology. - 2017. - V. 324. -PP. 463-470

100. Kusmanov, S.A. Layers by Anode Plasma Electrolytic Nitrocarburizing of Low-Carbon Steel [Текст] / S.A. Kusmanov, Yu.V. Kusmanova, A.R. Naumov, P.N. Belkin // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2015. - V. 24. - No 8. - PP. 3187-3193.

101. Kusmanov, S.A. Plasma Electrolytic Nitriding of Steels [Текст] / S.A. Kusmanov, P.N. Belkin // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2017. - Vol. 11. - No 4- No 767-789.

102. Kusmanov, S.A. The Effect of an Oxide Layer on Carbon Diffusion during Anodic Plasma electrolytic Carburization [Текст] / S.A. Kusmanov, P.N. Belkin, I.G. D'yakov, A.V. Zhirov, T.L. Mukhacheva, A.R.Naumov // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. - 2014. - Vol. 50, No. 2. - PP.223-229.

103. Kusmanov, S.A. Plasma electrolytic polishing of steels after its cathodic saturation with nitrogen and carbon in other electrolytes [Текст] / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, I.S. Gorokhov, P.N. Belkin // Surf. Eng. Appl. Electrochem. - 2021 - Vol. 57 - P. 513.

104. Tambovskiy, I.V. Features of cathodic plasma electrolytic nitrocarburizing of low-cerbon steel in an aqueous electrolytic of ammonium nitrate and glycerin [Текст] / I.V. Tambovskiy, T.L. Mukhacheva, I.S. Gorokhov, I. Suminov, S.A. Silkin, I.G. Dyakov, S.A. Kusmanov, S. Grigoriev // Metals - 2022 -Vol. 12 - P. 1773.

105. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2022617086 Российская Федерация. Нейронное прогнозирование входных параметров для оптимизации катодного диффузионного насыщения стали по микротвёрдости поверхностного слоя / И.С. Горохов, С.А. Кусманов, А.С. Рыбин, И.В. Тамбовский; заявитель и правообладатель Горохов Илья Сергеевич. -№ 2022615506 ; заявл. 29.03.2022 ; опубл. 18.04.2022. - 1 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов работы в производство

ВЕРЖДАЮ»

ктор ООО «Термическая обработка ических масс» мский Павел Анатольевич

Акт

о промышленном опробовании и внедрении результатов НИР

В настоящем акте отражены результаты использования диссертационных исследований Горохова Ильи Сергеевича по повышению твердости и износостойкости пальцев, входящих в сборочную конструкцию прессформы для литья пластмассовых деталей' устанавливаемых на термопласт-автомат марки CS-195-100, и предназначенных для контроля раскрытия прессформы. Данные пальцы подвергаются нагрузке на разрыв.

Предложена замена материала пальцев, которые подвергаются нагрузке на разрыв, со стали 45 на сталь 20 с проведением комбинированной электролитно-плазменной обработки катодной нитроцементацией с последующим анодным полированием поверхности по технологии, разработанной в ФГБОУ ВО «Костромской государственный университет». Была произведена поверхностная комбинированная обработка партии из 30 опытных пальцев из стали 20 на установке электролитно-плазменной обработки при

следующих последовательных режимах:

1. Катодная электролитно-плазменная нитроцементация в водном растворе карбамида (20 мас.%) и хлорида аммония (5 мас.%) температурой 30 °С в течение 30 мин при напряжении 96 В (соответствует температуре нагрева 850 °С) с последующей закалкой в электролите. В результате поверхностный слой пальца насыщался азотом и углеродом, а после охлаждения в электролите закалялся с упрочнением поверхности и сохранением вязкой сердцевины. Процесс нитроцементации сопровождался образованием оксидного слоя на поверхности и увеличением шероховатости в 1,3 раза.

2. Анодное электролитно-плазменное полирование в водном растворе сульфата аммония (5 мас.%) температурой 70 °С в течение 1 мин при напряжении 325 В. В результате с поверхностного слоя удалялся непрочный слой оксидов, сопровождая снижение шероховатости поверхности до исходного значения.

Результаты показали, что комбинированная обработка пальцев обеспечивает твердость поверхности 40-45 HRC и увеличивает ресурс работы в 3,5 раза по сравнению с ранее использованными пальцами, изготовленными из стали 45 с твердостью 4СМ5 HRC, без изменения воздействия на контактирующую поверхность.

Заключение: комбинированная электролитно-плазменная обработка пальцев из стали 20 повышает их твердость, обеспечивая увеличение износостойкости и срока эксплуатации изделия, и внедрена в производство.

Инженер-конструктор ООО «Термическая обработка пластических масс», г. Кострома

Аккуратов С. В.

146

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт внедрения результатов работы в учебный процесс

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Костромской государственный университет» (КГУ)

Дзержинского ул., д. 17, г. Кострома, 156005 Тел. [phone], факс [phone] Е-таП:ШоГа)к$№.е(]и.ги.

_ №

Г

ТВЕРЖДАЮ спо научной работе КГУ

[оцент Груздев В В.

5 * г

20/^г.

На№

01

Г

И

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Горохова Ильи Сергеевича, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, в учебный процесс кафедры общей и теоретической физики федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Костромской

государственный университет»

Комиссия в составе:

- заведующий кафедрой общей и теоретической физики, к.т.н., доцент Шадрин С.Ю. -председатель;

- доцент кафедры общей и теоретической физики, к.т.н. Мухачева Т.Л. - секретарь, составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Горохова И С. в области технологии электролитно-плазменной обработки металлов и сплавов, выполненной в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Костромской государственный университет», внедрены в учебный процесс кафедры общей и теоретической физики при изучении дисциплин «Физическое материаловедение», «Современные проблемы электролитно-плазменной обработки», «Механика фрикционного взаимодействия модифицированных сплавов» и «Основы электрохимической коррозии модифицированных сплавов» в качестве теоретического материала, практических заданий и лабораторных работ. Акт составлен на заседании кафедры общей и теоретической физики, протокол № 4 от 24.11.2022 г.

Председатель:

заведующий кафедрой общей и теоретической физики, к.т.н., доцент

Секретарь:

Ш),

/С.Ю. Шадрин/

доцент кафедры общей и теоретической физики, к.т.н. Т.Л. Мухачева,