Повышение износостойкости и коррозионной стойкости стальных деталей комбинированным способом анодной электролитно-плазменной обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кораблева Светлана Сергеевна

• Кораблева Светлана Сергеевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кораблева Светлана Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Способы повышения коррозионной стойкости и износостойкости поверхности металлов и сплавов

1.2 Физико-химические особенности анодной электролитно-плазменной обработки

1.3 Диффузионное насыщение поверхности стали атомами легких элементов в условиях плазменного электролиза

1.3.1 Цементация

1.3.2 Азотирование

1.3.3 Нитроцементация

1.3.4 Борирование

1.4 Особенности электролитно-плазменного полирования металлов и сплавов

1.4.1 Особенности метода

1.4.2 Механизм и физико-химические процессы при электролитно-плазменном полировании

1.4.3 Изменение характеристик поверхности после полирования

Выводы по главе 1, цель и задачи исследования

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Оборудование для электролитно-плазменного диффузионного насыщения и полирования

2.2 Методика комбинированной электролитно-плазменной обработки

2.3 Выбор исследуемых материалов

2.4 Выбор условий электролитно-плазменного диффузионного насыщения для последующего полирования

2.5 Методы исследования обработанных образцов

ГЛАВА 3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА И МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКЕ

3.1 Электрофизические условия реализации электролитно-плазменных процессов при анодной обработке

3.2 Закономерности процессов транспорта насыщающих компонентов из электролита в сталь при диффузионном насыщении и анодного растворения стальных образцов в условиях плазменного полирования

3.3 Изучение влияния условий комбинированного анодного диффузионного насыщения и полирования на структурно-фазовый состав, морфологию и шероховатость поверхности стали

Выводы по главе

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ

4.1 Влияние характеристик модифицированного слоя и условий его образования при комбинированном диффузионном насыщении и анодном полировании на износостойкость поверхности стали

4.2 Зависимость коррозионной стойкости поверхности стали от условий комбинированной обработки и свойств модифицированного слоя

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЭЛЕКТРОЛИТНО-

ПЛАЗМЕННОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКЕ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

5.1 Разработка составов электролитов и режимов комбинированной обработки анодным диффузионным насыщением и полированием в электролизной плазме

5.2 Разработка технологического процесса комбинированной электролитно-плазменной обработки

5.3 Разработка технической оснастки формующих знаков, входящих в сборочную конструкцию пресс-формы для литья пластмассовых деталей

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А (обязательное)

183

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости и коррозионной стойкости стальных деталей комбинированным способом анодной электролитно-плазменной обработки»

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире стремительный рост различных отраслей промышленности, в частности машино-, авио-, судо- и ракетостроения, основан на новейших достижениях науки и техники. В результате этого, постоянно возрастают требования, предъявляемые к механизмам, узлам и агрегатам, применяемых в данных областях. Основные эксплуатационные характеристики многих деталей, такие как износостойкость и коррозионная стойкость, определяются свойствами поверхности. Таким образом, одной из первоочередных задач, стоящей перед металловедением, является поиск методов улучшения поверхностных свойств для повышения надежности и долговечности металлических изделий.

Эффективность применения различных физико-химических способов обработки металлов доказана результатами многолетних исследований в различных странах мира. Одним из наиболее перспективных методов является электролитно-плазменная обработка (ЭПО). Среди ее достоинств можно выделить: применение нетоксичных реагентов, малое время обработки, возможность обработки деталей сложной формы, получение требуемых эксплуатационных свойств поверхности путем вариации режимов обработки. На сегодняшний день большое внимание уделяется реализации катодного варианта ЭПО, в результате которого на поверхности обрабатываемого металла происходит формирование большого по толщине диффузионного слоя. Но такой вариант обработки сопровождается образование достаточно развитой поверхности, обладающей большими значениями шероховатости, что негативно сказывается на устойчивости к износу и коррозии. Технология применения анодного электролитно-плазменного насыщения (ЭПН) разработана в меньшей степени. Однако его способность формировать на поверхности металла не только диффузионный насыщенный слой, но и наружный оксидный, позволяет получать детали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью.

Реализация анодной ЭПО при условии малых размеров анода по сравнению с катодом протекает с образованием сплошной парогазовой оболочки (ПГО) малой толщины, сформированной в результате активного процесса газовыделение. Она обеспечивает непрерывный подвод насыщающих компонентов и отвод продуктов реакции. Физико-химические процессы, протекающие в ней, дают возможность проводить химико-термическое насыщение металлов атомами различных легких элементов (углерод, азот, бор и др.). Одним из недостатков анодной ЭПО является образование на поверхности пористого и, в ряде случаев, рыхлого оксидного слоя, приводящего к повышению шероховатости поверхности, коэффициента трения и интенсивности изнашивания, а при достаточно пористой структуре и к увеличению скорости коррозии. Вероятным решением данной проблемы является последующее удаление данной структурной составляющей поверхности, в том числе комбинированием нескольких видов обработки в одном технологическом процессе.

Анализ публикаций научных исследований доказывает эффективность применения полирования в условиях плазменного электролиза с целью повышения поверхностных свойств металлических изделий. Технология электролитно-плазменного полирования (ЭПП) дает возможность проводить обработку изделий, изготовленных из различных металлов и сплавов (нержавеющие и углеродистые стали, титан, цинк, ниобий и др.). Однако в большинстве случаев такой метод обработки применяется как финишный для металлических изделий, не подвергавшихся ранее другим способам физико-химической обработки.

Таким образом, разработка комбинированной технологии, объединяющей анодное электролитно-плазменное диффузионное насыщение с образованием модифицированной структуры металла в виде соединений и диффузионных слоев и последующим анодным плазменным полированием поверхности позволит удалить рыхлую часть оксидного слоя и направленно сформировать структуру, определяющую высокие показатели износостойкости и коррозионной стойкости обрабатываемого изделия.

Целью данной работы является изучение возможности повышения износостойкости и коррозионной стойкости поверхности сталей с помощью комбинированного диффузионного насыщения и полирования в условиях анодной электролитно-плазменной обработки.

Решаемые задачи:

1. Изучить закономерности изменения поверхности стали при насыщении углеродом, азотом и/или бором и последующего полирования в условиях анодной электролитно-плазменной обработки, в том числе:

- изучить влияние условий электролитно-плазменной обработки на электрофизические характеристики процесса;

- рассмотреть механизм массопереноса, а также реакции, протекающие при комбинированной электролитно-плазменной обработке;

- изучить влияние режимов электролитно-плазменного насыщения и полирования, а также составов электролитов на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, морфологию и шероховатость поверхности.

2. Провести анализ взаимосвязи условий анодного электролитно-плазменного диффузионного насыщения стальных образцов, таких как состав электролита, температура насыщения и условия охлаждения, на характеристики поверхности после электролитно-плазменного полирования, включая морфологию и шероховатость поверхности, коррозионные и трибологические свойства.

3. Установить зависимость изменения поверхностных свойств стали после предварительного диффузионного насыщения от состава электролита для полирования, его температуры, гидродинамических условий, напряжения и продолжительности процесса, в том числе:

- изучить влияние анодного растворения обрабатываемого материала на морфологию и шероховатость поверхности;

- исследовать влияние режимов электролитно-плазменного полирования и состава электролита на характер распределения микротвердости в поверхностном слое;

- изучить трибологические и коррозионные характеристики поверхностей после обработки при различных режимах и составах электролитов.

4. На основе результатов исследования разработать технологические рекомендации и технические решения по комбинированной анодной электролитно-плазменной обработке стали путем диффузионного насыщения углеродом, азотом и/или бором и последующего полирования, в том числе:

- разработать составы электролитов;

- модернизировать оборудование для комбинированной электролитно-плазменной обработки;

- разработать технологический процесс, обеспечивающий повышение износостойкости и коррозионной стойкости стальных изделий.

Научная новизна работы заключается:

1. Выявлены закономерности изменения поверхности конструкционных сталей в процессе комбинированного анодного электролитно-плазменного насыщения азотом, углеродом и/или бором и полирования, позволившие установить механизмы управления структурой и эксплуатационными свойствами поверхности с помощью изменения составов электролитов и режимов обработки.

2. Проведен анализ взаимосвязи свойств поверхности с ее морфологией и структурно-фазовым составом, который позволил установить влияние твердости диффузионного слоя, морфологии и шероховатости поверхности на трибологические характеристики, а также состава и морфологии диффузионного и оксидного слоев на коррозионную стойкость стальных изделий.

3. Установлена зависимость эффективности электролитно-плазменного полирования от поверхностных свойств стали, установившихся в результате диффузионного насыщения, согласно которой, процесс полирования протекает более эффективно для образцов, имеющих перед полированием более высокие значения шероховатости поверхности и более рыхлый оксидный слой.

4. Описан механизм прохождения тока через низкотемпературную парогазовую оболочку, включающий характер ее электрической проводимости, критические напряжения, соответствующие переходу от режима стационарного

высокотемпературного нагрева к режиму полирования, а также зависимость этих напряжений от состава электролита и его характеристик.

5. Проведены исследования по изучению механизма массопереноса в системе электролит - парогазовая оболочка - поверхность образца-анода в условиях анодного электролитно-плазменного насыщения азотом, углеродом и/или бором и полирования. Определены закономерности анодного растворения и окисления материала при различных режимах обработки.

6. Изучены свойства различных электролитов для анодного электролитно -плазменного полирования стали, подвергнутой химико-термическому упрочнению, и определены концентрации их компонентов, обеспечивающие снижение шероховатости поверхности и удаление рыхлой части оксидного слоя, тем самым способствуя повышению коррозионной стойкости и износостойкости.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработаны составы электролитов и режимы комбинированной анодной электролитно-плазменной обработки, позволяющие за счет управления их концентрациями, гидродинамическими условиями и температурой, рабочим напряжением и продолжительностью процесса направленно формировать поверхность с заданной микротвердостью упрочненного слоя, шероховатостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

2. Предложены совокупность операций и режимы технологического процесса комбинированного анодного диффузионного насыщения и полирования стальных изделий в условиях анодной электролитно-плазменной обработки, обеспечивающих повышение их эксплуатационных свойств.

3. Разработанный технологический процесс комбинированной анодной электролитно-плазменной обработки прошел промышленное опробование и внедрен для поверхностной обработки колонок направляющих, входящих в сборочную конструкцию пресс-формы для литья пластмассовых деталей.

4. Результаты работы внедрены в учебный процесс для подготовки бакалавров и магистров направления подготовки «Химия», а также

преподавателей-исследователей направления подготовки «Технологии материалов».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Технологические процессы комбинированного анодного электролитно-плазменного насыщения азотом, углеродом и/или бором и полирования стальных изделий, обеспечивающие повышение их твердости, износостойкости и коррозионной стойкости, а также снижение шероховатости поверхности.

2. Закономерности влияния твердости диффузионного слоя, морфологии и шероховатости поверхности на трибологические характеристики, а также состава и морфологии диффузионного и оксидного слоев на коррозионную стойкость стальных изделий.

3. Закономерности влияния состава и температуры электролита, гидродинамических условий, рабочего напряжения и продолжительности электролитно-плазменного насыщения, а также морфологии и свойств поверхности стали, сформированных при химико-термическом упрочнении, на характер изменения морфологии и шероховатости поверхности при последующем полировании, что позволяет управлять трибологическими и коррозионными свойствами обрабатываемых изделий.

4. Результаты исследований физико-химических процессов в системе электролит - парогазовая оболочка - поверхность образца-анода в условиях анодного электролитно-плазменного насыщения азотом, углеродом и/или бором и полирования, позволяющие определить механизм прохождения тока через низкотемпературную парогазовую оболочку, критические напряжения, соответствующие переходу от режима стационарного высокотемпературного нагрева к режиму полирования, убыль исходных компонентов электролита, его насыщение продуктами растворения обрабатываемого материала и разработать рекомендации по эксплуатации рабочих растворов с учетом работоспособности.

Достоверность результатов диссертационной работы основана на примене-ние аргументированных научных данных, которые были получены с использо-ванием обоснованных методов исследования, современного сертифицированного и аттестованного оборудования, строгой статистической обработкой большого объема экспериментальных данных. Полученные данные

полностью согласуются с экспериментальными данными других ученых-исследователей. Доказанность результатов исследования подтверждена на различных научных международных и всероссийских конференциях, публикациями в научных изданиях и положительным практическим применением полученных результатов.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях, в том числе на 5-ой Международной конференции «Электрохимические и электро-литно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (Кострома - 2016 г.); Международной научно конференции «Современные методы в теорети-ческой и экспериментальной электрохимии» (Плес, Ивановская область - 2016, 2019, 2020, 2021 гг.); Международной научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва - 2016, 2018, 2020 и 2021 г.г.); 25-ом Конгрессе Международной федерации термической обработки и инженерии поверхности (Сиань, Китай - 2018 г.); 9-ой Международной конференции по материаловедению и физике конденсированного вещества, посвященной 90-летию со дня рождения выдающихся молдавских физиков Святослава Москаленко и академика Всеволода Москаленко (Кишинев, Молдова - 2018 г.); 6-ом Международном симпозиуме по Объемным наноструктурным материалам: от науки к инновации ВММ-2019 (Уфа - 2019 г.); 10-ой Международной конференции «БАЛТТРИБ-2019» (Каунас, Литва - 2019 г.); Международной научно-технической конференции «Современные электрохимиче-ские технологии и оборудование» (Минск, Белоруссия - 2019 г.).

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») и Совета по грантам при Президенте РФ для государственной поддержки молодых российских ученых (грант МД-1021.2019.8 «Развитие научных основ технологии электролитно-плазменной обработки металлов и сплавов»).

Личный вклад автора. Автором работы был проведен анализ литературных данных, были поставлены цель и основные задачи научного исследования. Им лично или совместно с научным руководителем и коллегами были проведены раз-личные виды электролитно-плазменной обработки, экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений сталей, изучено влияние данных превращений на шероховатость, микротвердость, износостойкость и коррозионную стойкость металлических поверхностей, обобщены полученные данные и сформированы рекомендации эффективных режимов обработки.

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 воз-действий 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.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 13 статей в ведущих научных журналах индексируемых в базах данных Web of Science и/или Scopus и рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников (90 наименований). Общий объем диссертации составляет 184 страницы, содержит 102 рисунка и 21 таблицу.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ

ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Способы повышения коррозионной стойкости и износостойкости

поверхности металлов и сплавов

Широкие возможности применения стали, титана и их сплавов в различных сферах промышленности и производства определяются их физическими, механическими и химическими свойствами. Главными из них можно выделить достаточно высокую прочность и твердость, а также устойчивость к коррозии и износу. Но современные технологии с каждым годом предъявляют все больше требований к деталям и изделиям, изготовленных из данных металлов. Решить данный вопрос можно благодаря применению различных методов обработки металлических изделий, которые позволяют дополнительно повысить такие характеристики поверхности металла как их прочность, коррозионная стойкость и износостойкость. Исследованиями в данном направлении на современном этапе занимаются достаточно большое количество ученых и лабораторий. Наиболее перспективными направлениями являются такие методы с применением низкотемпературной плазмы, импульсных разрядов, электрических искр, лазерных, электронных и ионных лучей. Применение данных методов в процессе производства позволяет получать металлические изделия, обладающие повышенными эксплуатационными и физико-химическими характеристиками. Выбор того или иного метода обработки основан на параметрах, которыми должны обладать детали.

Одним из видов химико-термической обработки, направленным на повышение коррозионной стойкости, является применение лазерного луча. Авторами работы [1] была исследована возможность повышения стойкости к коррозии высоколегированной жаропрочной мартенситной стали 40Х9С2 с

помощью лазерной термообработки. Снижение скорости коррозии более чем в 3,5 раза удалось достичь при плотности мощности лазерного излучения 3-104 Вт/см2 (рисунок 1.1). При этом относительное повышение коррозионной стойкости металла составило 72,86 %. Исследование микроструктуры поверхности стали 40Х9С2 после лазерной обработки показало измельчение зерен металла и формирование более гомогенизированной структуры, что также обеспечивает коррозионную стойкость металлов.

£I ■ 104 (Вт/см2)

Рисунок 1.1 - Зависимость скорости коррозии стали 40Х9С2 от плотности мощности лазерного излучения

Применение лазерного луча перспективно и для удаления веществ с обрабатываемой поверхности под действием импульса, то есть процесс лазерной абляции. В работе [2] на примере обработки углеродистой стали Ст3 рассматривается изменение коррозионной стойкости в агрессивной среде после воздействия иттербиевого лазера. Величина скорости коррозии зависит от режима обработки (рисунок 1.2, рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 - Зависимость скорости коррозии от режимов лазерной абляции

Одинарное Одинарное Необработ. вертикальное горизонтальное Двойное

-0.25

Рисунок 1.3 - Зависимость убыли массы образцов от режимов лазерной абляции

При одинарном вертикальном и горизонтальном покрытии эффективность лазерной абляции, в сравнении с необработанным образцом, составила 25,1 % и 29,1 %, соответственно. При формировании двойного перекрестного покрытия эффективность достигает максимального значения в 33,3 %. Снижение коррозионной активности объясняется образованием супергидрофобных поверхностей, представляющих собой двухуровневые микро- и наношероховатости в виде микровыступов размером около 15 мкм. Это значительно сокращает площадь контакта поверхности металла с агрессивной средой.

Другим эффективным направлением является электроискровое осаждение. Авторы работы [3] исследовали устойчивость к износу и коррозии покрытий стали 35, полученных в среде гранул карбида хрома Сг3С2 и титана марки ВТ1-00. В результате данного электроискрового осаждения происходит образование металлической связки Бе-Сг-Т1. На поверхности стали формируется композиционное покрытие, состоящее преимущественно из карбида хрома Сг7С3. Данное покрытие обладает повышенной твердостью, более чем в 5 раз выше твердости исходной стали 35. Это приводит к снижению коэффициента трения на 25-50 % и уменьшению скорости износа от 25 до 57 раз в зависимости от концентрации исходного карбида хрома Сг3С2 (рисунок 1.4, рисунок 1.5).

Наибольшее сокращение данных параметров происходит при концентрации карбида хрома СГ3С2 равной 11,7 об. %.

О 200 400 600 800

I См)

Рисунок 1.4 - Зависимость коэффициента

Рисунок 1.5 - Скорость коррозии при

трения при нагрузках 25 и 70 Н при

нагрузках 25 и 70 Н при концентрациях

концентрациях СГ3С2: 7,4 % (С7), 11,7 %

СГ3С2: 7,4 % (С7), 11,7 % (С11), 15,6 % (С15)

(С11), 15,6 % (С15) по сравнению с исходной

по сравнению с исходной сталью 35

сталью 35

Данные коррозионные покрытия демонстрируют высокую устойчивость к коррозии (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Коррозионные характеристики образцов стали 35 при различных концентрациях карбида хрома Сг3С2. Номенклатура: ЕС0ГГ - потенциал коррозии,

1со1т - ток коррозии, Яр - сопротивление поляризации

Параметр Образцы

Сталь 35 С7 С11 С15

Есогг, V уб Л§/Л§С1 -1,02 -0,69 -0,62 -0,57

1согг, см-2 271 24 37 60

Яр, кОм см-2 6,5 75 29 17

Испытания в 3,5%-ном растворе №0 при комнатной температуре показали, что потенциал коррозии покрытий был ниже, чем у необработанной стали 35, ток коррозии сокращался от 4 до 11 раз. Сопротивление поляризации данного композиционного покрытия в 2,6-11 раз выше, чем у исходной стали.

Ионная имплантация, направленная на модифицирование внутренних слоев с заданными эксплуатационными свойствами, способна существенно повысить коррозионную и износостойкость металлов [4]. При совместном облучении стали 30ХГСН2А ионами меди и свинца первые признаки коррозии на поверхности образцов проявились спустя 160 ч выдержки в специальной солевой камере. Тогда как на необработанной стали уже через 75 ч наблюдалось большое количество очагов коррозии. Исследование определило, что ионная имплантация привела к значительному сдвигу электродного потенциала в положительную область и уменьшила силу тока коррозии более чем в 30 раз, что говорит о высоких антикоррозионный свойствах (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Влияние ионной имплантации поверхности образцов из стали 30ХГСН2А на их коррозионные свойства

Испытания на

Электродный Сила тока коррозионную стойкость

Обработка образца потенциал и, мВ коррозии I, мА уменьшение массы образца, г глубина язв, мкм

Без имплантации -218 0,38 0,2588 84

Имплантация ионами

монотектического сплава +198 0,01 0,0633 9

^ (64 %)-?Ь (36 %)

При имплантации стали ионами меди и свинца наблюдалось образование модифицированного слоя большой глубины без ухудшения микрорельефа самой поверхности. При испытании на коррозионную стойкость в ацетатном растворе на

образцах, не подвергшихся имплантации, имелись признаки равномерного растворения железа и обширные области питтинга. Обработанные же образцы не показали явных признаков общей коррозии, а области питтинга были меньшего размера и глубины. При исследовании скорости коррозии имплантированного образца, она оказалась минимальна (рисунок 1.6).

2,5

2,0

1,5

ьо

1,0

0,5

Г1

2Ч

20

40

'(ч)

60

80

Рисунок 1.6 - Изменение скорости коррозии исходного образца из стали 30ХГСН2А (1) и подвергнутого имплантации ионов меди и свинца (2) в растворе 20 %-ной кислоты ШБ04 в зависимости от времени выдержки

Устойчивость к коррозии возможно дополнительно повысить увеличивая дозу имплантируемых ионов, при прочих неизменных условиях. При увеличении значения флюенса в 10 раз скорость коррозии сокращается в 1,3 раза благодаря формированию более толстого подповерхностного слоя с измененной дислокационной структурой, а толщина слоя с имплантируемыми ионами остается почти неизменной (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Зависимость скорости коррозии стали 30ХГСН2А

от величины флюенса

При совместной имплантации ионами меди и свинца стойкость стали 30ХГСН2А против общей и питтинговой коррозии возрастает за счет суммарного эффекта от радиационно-стимулированных структурных изменений поверхности и возникающих напряжений сжатия в слое, сформировавшемся в результате имплантации.

Влияние данного вида химико-термической на износостойкость металлов и сплавов рассмотрена авторами в работе [5] на примере высокодозной имплантации стали 45 ионами железа, свинца, молибдена и кремния. Изучение кинетики изнашивания образцов после имплантации различными ионами показало, что при всех режимах величина износа на этапе приработки значительно ниже, чем у необработанной стали (рисунок 1.8). Наименьшее влияние на величину износа оказали ионы железа, далее идут свинец и молибден. В случае имплантации ионами молибдена величина износа сократилась почти в 20 раз. Введение ионов кремния в структуру стали показало настолько малые значения, которые оказались ниже определяемого порога. В работе рассмотрена эффективность применения демферов для нейтрализации влияния акустических колебаний, возникающих в трибосистеме. Их применяли при имплантации ионами молибдена (рисунок 1.9). В случае имплантированного образца демферы не оказали почти никакого влияния.

I - стадия II-стадия

0 20 40 60 80 100 ! (мин)

Рисунок 1.8 - Кинетические зависимости потери веса при трении образцов стали 45 в исходном состоянии и имплантированными ионами

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кораблева Светлана Сергеевна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шлякова, Е.В. Лазерная термообработка как способ повышения стойкости к коррозии стали 40Х9С2 / Е.В. Шлякова // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2019. - Т. 27. - № 3. - С. 26-32.

2. Абхаирова, С.В. Влияние лазерной абляции на коррозионную стойкость углеродистых сталей / С.В. Абхаирова // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. - 2021. - № 1(71). - С. 254-258.

3. Бурков, А.А. Износостойкие и антикоррозионные покрытия на основе карбида хрома Cr7C3, полученные электроискровым осаждением / А.А. Бурков, М.А. Кулик // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2020. - Т. 56. -№ 6. - С. 667-672.

4. Овчинников, В.В. Повышение коррозионной стойкости стали 30ХГСН2А ионной имплантацией с использованием катодов на основе несмешивающихся компонентов / В.В. Овчинников, Ю.М. Боровин, Е.В. Лукьяненко [и др.]. // Материаловедение. - 2016. - № 1. - С. 34-39.

5. Гриценко, Б.П. Влияние высокодозной ионной имплантации и акустических колебаний в трибосистеме на деформационное поведение и износостойкость стали 45 / Б.П. Гриценко, О.А. Кашин // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 4. - С. 121-125.

6. Степанов, М.С. Структура, фазовый состав, механические свойства и износостойкость стали после микродугового борованадирования / М.С. Степанов, Ю.М. Домбровский, Л.В. Давидян // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. - 2019. - Т 62. - № 6. - С. 446-451.

7. Рамазанова, Ж.М. Исследование свойств оксидных покрытий на сплаве титана ВТ5 / Ж.М. Рамазанова, М.Г. Замалитдинова // Современные наукоемкие технологии. - 2019. - № 3-2. - С. 239-243.

8. Гурын, С.В. Коррозионная стойкость титана с диффузионными карбоксидными покрытиями / С.В. Гурын, И.Н. Погрелюк, В.Н. Федирко, И.В. Дюг // Защита металлов. - 2006. - Т. 42. - № 3. - С. 306-311.

9. Кенесбеков, А.Б. Влияние электролитно-плазменной закалки на трибологические свойства стали 40ХН / А.Б. Кенесбеков, Б.К. Рахадилов, Ж.Б. Сагдолдина [и др.]. // Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева. - 2018. - № 4. - С. 144-151.

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

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

12. Yerokhin, A.L. Plasma electrolysis for surface engineering / A.L. Yerokhin, X.Nie, A. Leyland, A.Matthews, S.J. Dowey // Surface and Coating Technologies. -1999. - Vol. 122. - P. 73-93.

13. Алексеев, Ю.Г. Электролитно-плазменная обработка при нестационарных режимах в условиях высокоградиентного электрического поля / Ю.Г. Алексеев, А.Ю. Королев, А.Э Паршуто, В.С. Нисс // Наука и техника. -2017. - Т 16. - № 5. - С. 391-399.

14. Алексеев, Ю.Г. Особенности электролитно-плазменного нагрева при электрохимико-термической обработке стали / Ю.Г. Алексеев, В.С. Нисс, А.Ю. Королёва, А.Э. Паршуто // Наука и техника. - No. 6. - 2013. - P. 20-23.

15. Mizuno, T. Hydrogen Evolution by Plasma Electrolysis in Aqueous Solution / T. Mizuno, T. Akimoto, K. Azumi, T. Ohmori, Y. Aoki, A. Takahashi // Japanese Journal of Applied Physics. - 2005. - Vol. 44. - № 1A. - P. 396-401.

16. Ширяева, С.О. О некоторых особенностях появления ионов вблизи заряженной поверхности интенсивно испаряющегося электролита / С.О. Ширяева, А.И. Григорьев, В.В. Морозов // Журнал технической физики. - 2003. - Т. 73. - № 7. - С. 21-27.

17 Синькевич, Ю.А. Современные представления о механизме электрической проводимости парогазовой оболочки в условиях электролитной

анодной обработки / Ю. А. Синькевич // Машиностроение : республиканский межведомственный сборник научных трудов / Белорусский национальный технический университет ; гл. ред. В. К. Шелег. - Минск : БНТУ. - 2015. - Вып. 29. - С. 102-107.

18. Гончар, В.И. Образование паровой оболочки при прохождении тока через электролит / В.И. Гончар, А.К. Товарков // Электронная обработка материалов. - 1991. - № 1. - С.49-52.

19. Белкин, П.Н. Анодная электрохимико-термическая модификация металлов и сплавов / П.Н. Белкин // Электронная обработка материалов. - 2010. -№ 6. - С. 29-41.

20. Ганчар, В.И. Анодное растворение железа в процессе электролитного нагрева / В.И. Ганчар, И.М. Згардин, А.И. Дикусар // Электронная обработка материалов. - 1994 . № 4. - С 69-77.

21. Алексанян, А.Ю. Стационарное анодное растворение железа в нейтральных и близких к нейтральным средах / А.Ю. Алексанян, А.Н. Подобаев, И.И. Реформатская // Защита металлов. - 2007. - Т. 43. - № 1. - С. 71-74.

22. Материаловедение и Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов высших учебных заведений / В.Б. Арзамасов, А.Н. Волчков, В.А. Головин, [др.]., под редакцией Арзамасова В.Б. и Черепахина А.А. // М.: Издательский центр «Академия». - 2007. - 446 с.

23. Шкурпело, А.И. Фазовый состав и структура поверхностного слоя армко-железа и аустенитной нержавеющей Сг-М-стали 12Х18Н10Т после нитроцементации при анодном электролитном нагреве / А.И. Шкурпело, П.Н. Белкин, Е.А. Пасинковский // Физика и химия обработки материалов. - 1993. -№ 2. - С. 116-125.

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

25. Пасинковский, Е.А. Азотирование нержавеющей стали в электролитной плазме / Е.А. Пасинковский, И.М. Гольдман, Р.П. Сорокина // Электронная обработка материалов. - 1976. - № 2. - С. 86-87.

26. Li, J. Feasibility research of rapid nitriding technique—plasma electrolytic nitriding in solution / J. Li, D. Shen, Z. Tian, Y. Wang, K. Liu // Hot working technology. - 2006-01.

27. Rastkar, A.R. Surface modification and wear test of carbon steel by plasma electrolytic nitrocarburizing / A.R. Rastkar, B.Shokri // Surface and Interface Analysis. - 2012. - Vol. 44. - No 3. - P. 342-351.

28. Аверьянов, Е.Е. Анодное окисление титана и его сплавов / Е.Е. Аверьянов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2004. - No. 3 - Vol. 47. - P. 36-37.

29. Блащук, В.Е. Влияние электролитного азотирования на коррозионную стойкость технического титана ВТ1-0 / В.Е. Блащук, Н.М. Карета, Л.М. Оноприенко, П.Н. Белкин, Е.А. Пасинковский // Электронная обработка материалов. - 1986. - № 3. - С. 20-22.

30. Дураджи, В.Н. О фазовом составе поверхности металлов, обработанных в электролитной плазме / В.Н. Дураджи, Н.Н. Морарь, Н.А. Полотебнова, Л.В. Кисеева // Электронная обработка материалов. - 1986. - № 1. - С. 49-52.

31. Tarakci, M. Plasma electrolytic surface carburizing and hardening of pure iron / M. Tarakci, K. Korkmaz, Y. Gencer, M. Usta // Surface & Coatings Technology, 199 (2-3) - 2005. - P. 205-212.

32. Кусманов, С.А. Анодное электролитно-плазменное насыщение малоуглеродистых сталей азотом и углеродом / С.А. Кусманов, А.Р. Наумов, Ю.В. Паркаева, П.Н. Белкин // Физика и химия обработки материалов. - 2013. - № 6. -С. 47-53.

33. Носков, Ф.М. Технология и оборудование термической и химико-термической обработки. Теория и Технология термической обработки металлов и сплавов : учеб. пособие / Ф.М. Носков, Л.И. Квеглис, М.В. Носков // Красноярск : Сиб. федер. ун-т. - 2018. - 334 с. - С. 195-197.

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

35. Кусманов, С.А. Влияние состава электролита на характеристики анодной цементации / С.А. Кусманов, И.Г. Дьяков, П.Н. Белкин // Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Минск: БГТУ. - 2008. - Ч. 1.

- С. 273-275.

36. Рахимянов, Х.М. Цементация низкоуглеродистой стали при нагреве в электролитах / Х.М. Рахимянов, А.С. Еремина // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2006. - № 3(15). - С. 9-12.

37. Dyakov, I.G. Anode plasma electrolytic carburizing of low carbon steel / I.G. Dyakov, S. Koryakina // 5th International Conference on Eectrochemical and Plasma Electrolytic Modifi cation of Metal Surface, Kostroma, Russia, May 16-20: abstracts / comp. S. A. Kusmanov, P. N. Belkin. Kostroma: Nekrasov Kostroma State University.

- 2016. - P. 78.

38. Цементация, нитроцементация и азотирование стальных изделий: учебное пособие для студентов вуза, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.01, 22.04.01 — Материаловедение и технологии материалов, 22.03.02, 22.04.02 — Металлургия / М.В. Майсурадзе, М.А. Рыжков, С.В. Беликов [и др.] ; научный редактор А.А. Попов // Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. - Екатеринбург: Издательство Уральского университета. - 2021. - 102 с.

39. Паршутин, В.В. Влияние химико-термической обработки на физико-механические свойства модифицированных поверхностей сталей / В.В. Паршутин, Е.А. Пасинковский, А.М. Парамонов, А.В. Коваль // Труды ГОСНИТИ. - 2010. - Т. 105. - С. 180-185.

40. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х томах. Том I / И.В. Суминов, П.Н. Белкин, А.В. Эпельфельд и [др.]. М. : Техносфера. - 2011. - 464 с.

41. Mittemeijer, E.J. Fundamentals of Nitriding and Nitrocarburising / ASM Handbook, Volume 4A, Steel Heat Treating Fundamentals and Processes. - 2013. - С. 619-646. - [Электронный ресурс] - URL: https://clck.ru/atPUZ (дата обращения: 20.12.2021).

42. Материаловедение: Учебник для вузов / Ф.К. Малыгин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев [и др.] // Тула: Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого. - 2015. - 268 с.

43. Roy, A. Feasibility study of aqueous electrolyte plasma nitriding / A. Roy, R. K. Tewari, R.C. Sharma, R. Sherhar // Surface Engineering. - 2007. - Vol. 23. - № 4. -P. 243-246.

44. Кусманова, Ю.В. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация стали в водном электролите на основе ацетонитрила / Ю.В. Кусманова, С.А. Кусманов, А.Р. Наумов, П.Н. Белкин // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2015. - Т. 58. - № 1. - С. 40.

45. Kozhanova, R.S. Interaction model of low-temperature plasma with a steel surface during electrolyte plasma nitriding in an electrolyte on the bases of carbamide / R.S. Kozhanova, B.K. Rakhadilov, W. Wieleba // Buketov Karaganda State University in Bulletin of the Karaganda University. "Physics" Series Bulletin of the Karaganda University. "Physics" Series. - 2020. - Vol. 100. - P. 39-46.

46. Li, Y. Plasma nitriding of 42CrMo low alloy steels at anodic or cathodic potentials / Y. Li, L. Wang, L. Shen, D. Zhang, C. Wang // Surface and Coatings Technology. - 2010. - No. 15. - Vol. 204. - P. 2337-2342.

47. Belkin, P.N. Heat treatment and case hardening of steels subjected to heat in electrolytic solution / P.N. Belkin, E.A. Pasinkovskij // Metal Science and Heat Treatment. - 1989. - V. 31 - № 5-6. - P. 331-337.

48. Kusmanov, S.A. Influence of oxide layer on carbon diffusion during anode plasma electrolytic carburizing / S.A. Kusmanov, P.N. Belkin, I.G. Dyakov and [et al.] // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. - 2014. - V. 50. - № 2. - P. 223-229.

49. Дураджи, В.Н. О распределении углерода в стали, прошедшей химикотермическую обработку в электролитной плазме / В.Н. Дураджи, А.М. Мокрова, Т.С. Лаврова // Электронная обработка материалов. - 1984. - № 5. -С.60-62.

50. Pang, H. Mechanical Performances of Carbonitriding Films on Cast Iron by Plasma Electrolytic Carbonitriding / H. Pang, G.-L. Zhang, X.Q. Wang, G.- H. Lv, H. Chen, S.-Z. Yang // Chinese Physics Letters. - 2011. - V. 28. - No 11. - Р. 118103.

51. Popova, N.A. Effect of Electrolytic-Plasma Nitrocarburizing on the Structural and Phase State of Ferrite-Pearlitic Steels / N.A. Popova, E.L. Nikonenko, A.V. Nikonenko, V.E. Gromov, O.A. Peregudov // Steel in Translation. - 2019. - Vol. 49. -No 10. - P. 671-677.

52. Скаков, М.К. Влияние электролитно-плазменной нитроцементации и азотирования на фазовый состав модифицированной поверхности нержавеющей стали 12Х18Х10Т / М.К. Скаков, Ш.Р. Курбанбеков // Современное состояние и проблемы естественных наук: сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Юргинский технологический институт. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2014. - 357 с. - С. 150 -153.

53. Yerokhin, A.L. Duplex surface treatments combining plasma electrolytic nitrocarburising and plasma-immersion ion-assisted deposition / A.L. Yerokhin, A. Leyland, C. Tsotsos, A.D. Wilson, X. Nie, A. Matthews // Surface and Coating Technologies. - 2001. - Vol. 142-144. - P. 1129-1136.

54. Кусманова, Ю.В. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация стали в водном электролите на основе глицерина, нитрата и хлорида аммония / Ю.В. Кусманова, С.А. Кусманов, А.Р. Наумов, П.Н. Белкин// Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2016. - Т. 52. - № 4. - С. 391-398

55. Кусманов, С.А. Трибологические свойства поверхности стали после анодной электролитно-плазменной нитроцементации / С.А. Кусманов, М.Р. Комиссарова, И.Г. Дьяков, Ю.В. Кусманова, П.Н. Белкин // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии: материалы VII Междун. науч. конф., 21-25 сент. 2015 г. Иваново: Ин-т химии растворов им. Г. А. Крестова РАН. - 2015. - С. 137.

56. Патент 3840450 США, НКИ 204-181; МКИ С 23 в 13/00. Способ диффузионного поверхностного насыщения проводящих тел / К. Иноуэ; заявл. 21.10.63, опубл. 08.10.74.

57. Патент Japan 44-1049, НКИ 10А715, 12А34, 12А31, 12А32. Раствор для электролитической термообработки / Иноуэ К., Канэко Х.; заявл. 15.10.1976, опубл. 18.01.1979.

58. Лукин, А.А. Структура поверхностного слоя в Ст 45 при борировании / А.А. Лукин, О.А. Лукин, И.Ю. Моляков// Вестник Воронежского Государственного Технического Университета. - 2012. - Т. 8. - № 7-1. - С. 62-64.

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

60. Борсяков, А.С. Моделирование кинетики формирования боридных покрытий на железе / А.С. Борсяков, А.Н. Осинцев, В.Б. Тригуб // Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса : Межвузовский сборник научных трудов / Федеральное агентство по образованию, Воронежский государственный технический университет, Область правление НТО машиностроителей. - Воронеж : Воронежский государственный технический университет. - 2006. - С. 176-178.

61. Taheri, P. Nanocrystalline structure produced by complex surface treatments: plasma electrolytic nitrocarburizing, boronitriding, borocarburizing, and borocarbonitriding / P. Taheri, C. Dehghanian, M. Aliofkhazrae, A.S. Rouhaghdam // Plasma Processes and Polymers. - 2007. - Т. 4. - №. S1. - С. S721-S727.

62. Tavakoli, H. Electrochemical and physical characteristics of the steel treated by plasma-electrolysis boronizing / H. Tavakoli, S.M. Mousavi Khoie, F. Rasooli, S.P.H. Marashi, F. Momeni // Surface and Coatings Technology. - V. 276. - P. 529-533.

63. Суминов, И.В. Микродуговое оксидирование: теория, технология, оборудование / И.В. Суминов, А.В. Эпельфельд, В.Б. Людин //М.: Экомет. - 2005. - 368 с.

64. Чиркунова, Н.В. Формирование нано- и микроразмерных образований при электролитно-плазменной обработке аустенитной нержавеющей стали / Н.В. Чиркунова, А.П. Воленко, В.К. Чуркин, И.М. Сафаров, Р.Р. Мулюков // письма о материалах. - 2013. - Т.3. - С.163-165.

65. Хмыль, А.А. Влияние метода полирования стали на шероховатость и эксплуатационные свойства контактных поверхностей / А.А. Хмыль, А.П. Достанко, В.Г. Анисимович, С.А. Чижик // Трение и износ. - 1996. - Т.17. - № 4. -С. 491-496.

66. Локтев, Д.Е. Исследование параметров электролитно-плазменного полирования низколегированной стали методом планирования полного факторного эксперимента / Д.Е. Локтев, Л.А. Ушомирская, В.И. Новиков // Металлообработка. - 2009. - № 5. - С. 15-18.

67. Куликов, И.С. Электролитно-плазменная обработка материалов / И.С. Куликов, С.В. Ващенко, А.Я. Каменев // Минск: Беларусская наука. - 2010. - 232 с.

68. Смыслов, А.М. Многоэтапная электролитно-плазменная обработка изделий из титана и титановых сплавов / А.М. Смыслов, М.К. Смыслова, А.Д. Мингажев, К.С. Селиванов // Вестник УГАТУ. - 2009. - Т. 13. - № 1(34). - С. 141145.

69. Синькевич, Ю.В. Концептуальная модель коммутационного механизма электрической проводимости парогазовой оболочки в режиме электроимпульсного полирования / Ю.В. Синькевич // Наука и техника. - 2016. -Т. 15. - № 5. - С. 407-414

70. Gupta, P. Electrolytic Plasma Technology: Science and Engineering—An Overview / G. Tenhundfeld, E.O. Daigle, D. Ryabkov // Surface & Coatings Technology. - 2007. - Vol. 201. - № 21. - PP. 8746-8760.

71. Воробьев, Г.А. Физика диэлектриков (область сильных полей): Учебное пособие / Г.А. Воробьев, Ю.П. Похолков ,Ю.Д. Королев, В.И. Меркулов // Томск: ТПУ.- 2003. - 244 с.

72. Tyurin, Yu.N. Electric heating using a liquid electrode / Yu.N. Tyurin, A.D. Pogrebnjak // Surface and Coatings Technology. - 2001. - Vol. 142-144. - P. 293-99.

73. Грилихес, С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов / С.Я. Грилихес; Под ред. П.М. Вячеславова. 5-е изд., перераб. и доп. // Л. : Машиностроение : Ленингр. отд-ние. - 1983. - 101 с.

74. Плотников, Н.В. К вопросу о модели электролитно-плазменного полирования поверхности / Н.В. Плотников, А.М. Смыслов, Д.Р. Таминдаров // Вестник УГАТУ. - 2013. - №4 (57). - [Электронный ресурс] - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-modeli-elektrolitno-plazmennogo-polirovaniya-poverhnosti (дата обращения: 24.11.2021).

75. Воленко, А.П. Некоторые особенности технологии электролитно-плазменного полирования аустенитной нержавеющей стали / А.П. Воленко, М.Н. Тюрьков, Н.В. Чиркунова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2013. - № 2(24). - С. 112-116.

76. Веселовский, А.П. Особенности электролитно-плазменной обработки металлов в нетоксичных электролитах / А.П. Веселовский, С.В. Кюбарсэп, Л.А. Ушомирская // Металлообработка. - 2002. - № 6. - С. 29-31.

77. Новиков, В.И. Возможности электролитно-плазменного полирования при обработке деталей с различным начальным уровнем шероховатости поверхности / В.И. Новиков, А.И. Попов, М.И. Тюхтяев, М.Н. Зейдан // Металлообработка. - 2011. - № 1(61). - С. 13-15.

78. Добрынин, Д.А. Электролитно-плазменное полирование титановых сплавов ВТ6 и ВТ8М-1 / Д.А. Добрынин // Труды ВИАМ. - 2017. - №7 (55). - С. 12-21. - [Электронный ресурс] - URL: https://cyberleninka.ru/article/n7elektrolitno-

plazmennoe-polirovanie-titanovyh-splavov-vt6-i-vt8m-1 (дата обращения: 22.01.2022).

79. Алексеев, Ю.Г. Электролитно-плазменное полирование титановых и ниобиевых сплавов / Ю.Г. Алексеев, А.Ю. Королев, В.С. Нисс [и др.] // Наука и техника. - 2018. - Т. 17. - № 3. - С. 211-219.

80. Электрофизические методы обработки в современной промышленности : Материалы IV Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Пермь, 14-15 декабря 2020 года. - Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет. -2021. - 431 с.

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

82. Meletis, E.I. Electrolytic plasma processing for cleaning and metal-coating of steel surfaces / E. I. Meletis, X. Nie, F. L. Wang, J. C. Jiang // Surface and Coatings Technology. - 2002. - Vol. 150. - No 2-3. - P. 246-256.

83. Белкин, П.Н. Физико-химические особенности анодного электролитно-плазменного полирования металлов и сплавов / П.Н. Белкин // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии. X Международная научная конференция, г. Плес, Ивановская обл., 9-13 сентября 2019 г. Тезисы докладов. Иваново: Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН. - 2019. -С. 5.

84. Belkin, P.N. Plasma electrolytic polishing of steel under force convection condition / P.N. Belkin , S.A. Silkin , I.G. Dyakov , S.V. Burov , S.A. Kusmanov , I.V. Tambovskiy // 6th International Symposium on Bulk Nanomaterials: From Fundamentals to Innovations, BNM 2019 - Ufa, Russian Federation. - 2019. - P. 672.

85. Силкин, С.А. Особенности электролитно-плазменной полировки стали 45 в сульфатном электролите / С.А. Силкин, О.Л. Алтухова, Е.А. Кузнецова, Е.А. Большакова, С.А. Морозов // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии. X Международная научная конференция, г.

Плес, Ивановская обл., 9-13 сентября 2019 г. Тезисы докладов. Иваново: Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН. - 2019. - С.47

86. Кораблева, С.С. Изучение влияния анодного полирования на свойства поверхности азотированной стали / С.С. Кораблева, И.Г. Дьяков, С.А. Кусманов, И.В. Тамбовский, М.И. Тамбовская // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии. X Международная научная конференция, г. Плес, Ивановская обл., 9-13 сентября 2019 г. Тезисы докладов. Иваново: Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН. - 2019. - С.20

87. Belkin, P.N. Plasma electrolytic polishing of nitrided steel under force convection condition / P.N Belkin, S.A. Silkin, I.G. Dyakov, I.V. Tambovskiy, S.S. Korableva, S.A. Kusmanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 672. - No. 1 - PP. 1-4

88. Kusmanov, S.A. Enhancement of Wear and Corrosion Resistance in Medium Carbon Steel by Plasma Electrolytic Nitriding and Polishing / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, S.S. Korableva [et al.] // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2019. - Vol. 28. - No 9. - P. 5425-5432.

89. Kusmanov, S.A. Possibility of increasing wear resistance of steel by combining anodic plasma electrolytic treatment / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, S.A. Silkin [et al.] // Proceedings of 10th International Scientific Conference BALTTRIB 2019 : 10, Kaunas, 14-16 ноября 2019 года. - Kaunas. - 2019. - P. 250-254.

90. Кусманов, С.А. Влияние электролитно-плазменного полирования на поверхностные свойства нитроцементованной стали / С.А. Кусманов, И.В. Тамбовский, С.А. Силкин [и др.] // Быстрозакаленные материалы и покрытия : XVII-я Международная научно-техническая конференция, Москва, 20-21 октября 2020 года. - Москва: Издательство Пробел-2000. - 2020. - С. 293-296.

Приложение А (обязательное)

Документы, подтверждающие результаты внедрения результатов

диссертационной работы

«УТВЕРЖДАЮ» иректор ООО «Термическая об ластических масс» исемский Павел Анатольевич

Л о/ миз

Акт

о промышленном опробовании и внедрении результатов НИР

В настоящем акте отражены результаты использования диссертационных исследований Кораблевой Светланы Сергеевны по повышению твердости и износостойкости формующих знаков, входящих в сборочную конструкцию прессформы для литья пластмассовых деталей, устанавливаемых на термопласт-автомат марки CS-195-100, и предназначенных для образования в прессуемом изделии гладких отверстий.

Предложена замена материала формующего знака со стали У8А на сталь 45 с проведением комбинированной анодной электролитно-плазменной обработки азотированием с последующим полированием поверхности по технологии, разработанной в ФГБОУ ВО «Костромской государственный университет». Была произведена поверхностная комбинированная обработка партии из 30 опытных формующих знаков из стали 45 на установке электролитно-плазменной обработки при следующих последовательных режимах:

1. Анодное электролитно-плазменное азотирование в водном растворе нитрата аммония (5 мас.%) и хлорида аммония (15 мас.%) температурой 30 °С в течение 5 мин при напряжении 155 В (соответствует температуре нагрева 750 °С) с последующей закалкой в электролите. В результате поверхностный слой формующего знака насыщался азотом и после охлаждения в электролите закалялся. Процесс азотирования сопровождался образованием оксидного слоя на поверхности и увеличением шероховатости в 1,5 раза.

2. Анодное электролитно-плазменное полирование в водном растворе сульфата аммония (3 мас.%) температурой 80 °С в условиях естественной конвекции в течение 1 мин при напряжении 275 В. В результате с поверхностного слоя удалялся непрочный слой оксидов, сопровождая снижение шероховатости поверхности в 3 раза после азотирования и в 2 раза относительно исходного значения.

Результаты показали, что комбинированная обработка формующих знаков обеспечивает твердость поверхности 57-60 HRC и увеличивает ресурс работы в 4 раза по сравнению с ранее использованными знаками, изготовленными из стали У8А с твердостью 50-55 HRC, без изменения воздействия на контактирующую поверхность.

Заключение: комбинированная электролитно-плазменная обработка формующих знаков из стали 45 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.

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

Дзержинского ул., д. 17, г. Кострома, 156005 Тел. [phone], факс [phone] E-mail: [e-mail].

№_

ЕРЖДАЮ научной работе КГУ

т Груздев В.В.

На№

от

Г

1

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Кораблевой Светланы Сергеевны, 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 Кораблевой С.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 № 3 от 14.10.2022 г.

I

Председатель:

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

/ С.Ю. Шадрин /

Секретарь:

доцент кафедры общей и теоретической физики, к.т.н. s^^xsz^-—ТТ.JI Мухачева /