Повышение твёрдости и износостойкости конструкционных сплавов путём многокомпонентного электролитно – плазменного насыщения бором, азотом и углеродом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Тамбовский Иван Владимирович

• Тамбовский Иван Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Тамбовский Иван Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Методы повышения износостойкости титановых сплавов

1.2 Возможности электролитно-плазменной обработки титановых сплавов

1.2.1 Цементация

1.2.2 Азотирование

1.2.3 Нитроцементация

1.2.4 Борирование

1.3 Электролитно-плазменное упрочнение сталей

1.3.1 Цементация

1.3.2 Азотирование

1.3.3 Нитроцементация

1.3.4 Борирование

1.4 Цель исследования и постановка задачи

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСЛЕ АНОДНОЙ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

2.1 Объект исследования

2.2 Методика обработки металлических изделий анодным электролитным нагревом

2.3 Выбор исследуемых материалов

2.4 Выбор электролитов

2.5 Методы исследования упрочненных образцов

ГЛАВА 3 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ НА СОСТАВ СЛОЯ И СВОЙСТВА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

3.1 Анодное электролитно-плазменное борирование двухфазного титанового сплава ВТ22

3.2 Анодная электролитно-плазменная бороцементация двухфазного титанового сплава ВТ22

3.3 Анодная электролитно-плазменная нитроцементация титанового сплава ВТ22

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ НА СОСТАВ СЛОЯ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

4.1 Борирование среднеуглеродистой стали

4.2 Бороцементация малоуглеродистой стали

4.3 Боронитроцементация стали

4.4 Насыщение малоуглеродистой стали углеродом, азотом, бором и серой

Выводы к главе

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ УПРОЧНЕНИИ ТИТАНОВОГО ИМПЛАНТАТА

5.1 Режимы упрочнения и составы электролитов

5.2 Влияние условий обработки на твердость имплантата из сплава ВТ6

5.3 Технологический процесс упрочнения имплантата из сплава ВТ6

ГЛАВА 6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ПОВЫШЕНИИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЗЬБОВОЙ ПАРЫ «БОЛТ-ГАЙКА»

6.1 Режимы насыщения и составы электролитов

6.2 Влияние условий обработки на износостойкость резьбовой пары «болт-гайка»

6.3 Технологический процесс повышения износостойкости резьбовой пары «болт-гайка»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А (обязательное). Документы, подтверждающие результаты внедрения результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение твёрдости и износостойкости конструкционных сплавов путём многокомпонентного электролитно – плазменного насыщения бором, азотом и углеродом»

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатационные характеристики многих деталей машин из конструкционных материалов связаны с их физико-механическими и электрохимическими свойствами. В зависимости от условий эксплуатации к ним могут предъявлять дополнительные требования, например, стойкость против коррозии, износостойкость, твердость и др. Значительно улучшить поверхностные свойства детали позволяет химико-термическая обработка, совершенствование которой является важной проблемой современного металловедения.

Актуальная задача модернизации диффузионного насыщения успешно решается применением различных методов скоростного нагрева. В частности, поверхностные свойства деталей могут быть улучшены с помощью катодной или анодной электролитно-плазменной обработки, а именно насыщением изделий элементами, образующими твердые растворы внедрения, из водных электролитов. В качестве насыщающих компонентов наиболее часто используют углерод, азот или бор, которые обеспечивают формирование поверхностного слоя с повышенной твердостью, износостойкостью и в ряде случаев коррозионной стойкостью. Дополнительные возможности создает насыщение поверхности несколькими элементами одновременно, что позволяет расширить комплекс получаемых свойств и значительно сократить процесс химико-термической обработки.

Электролитно-плазменное диффузионное насыщение может быть использовано для улучшения поверхностных характеристик конструкционных деталей, изготовленных из различных материалов, в том числе из титана или сплавов на его основе. Титан в современном машиностроении имеет большое применение благодаря своим уникальным свойствам. Для него характерны: малая

-5

плотность (4500 кг/м ); высокая механическая прочность при повышенных температурах (250-500 °С); необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5-15

мкм) сплошные пленки оксида ТЮ2; высокая удельная прочность (почти вдвое превышающая удельную прочность легированных сталей). Существенным недостатком титановых сплавов являются плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием титана на многие материалы.

Улучшить трибологические характеристики титана позволяет химико-термическая обработка, в частности катодное или анодное электролитно-плазменное насыщение. Анодный вариант нагрева детали имеет ряд преимуществ перед традиционными методами химико-термической обработки. Диффузионное насыщение легко совмещается с закалкой путем отключения напряжения и охлаждения в том же электролите без повторного нагрева. Непрерывное движение среды в парогазовой оболочке (ПГО) обеспечивает оперативный подвод насыщающих компонентов и отвод продуктов реакций. Высокие скорости нагрева до 100 град/с, обусловленные малой толщиной ПГО (~10-5 м), позволяют избежать роста зерна и связанного с этим ухудшения свойств материала. Кроме того, малая толщина ПГО способствует быстрой стабилизации условий: равновесная концентрация адсорбированного диффузанта достигается за несколько секунд. В результате продолжительность обработки снижается до нескольких минут. При анодной обработке происходит снижение шероховатости поверхности, что благоприятно влияет на ее износостойкость.

Анализ публикаций, касающихся анодного электролитного нагрева показывает, что положительные результаты электролитно-плазменного насыщения углеродом, азотом и бором, носят фрагментарный характер, поскольку они получены для ограниченного числа режимов и составов электролитов без систематического анализа взаимосвязи образующейся структуры с достигаемыми свойствами. Поэтому разработка режимов насыщения вместе с изучением образующейся структуры, определяющей свойства поверхности, остается важной задачей, направленной на расширение возможностей метода и совершенствование химико-термической обработки титановых сплавов. Перспективным направлением развития анодной электролитно-плазменной обработки является многокомпонентное насыщение,

обеспечивающее формирование комплекса свойств на поверхности детали. Выявление закономерностей одновременного насыщения поверхности детали углеродом, азотом и бором позволит сделать вывод об эффективности комплексной обработки титановых сплавов, изучить возможности метода и установить зависимость достигаемых свойств от образовавшейся структуры, которую, в свою очередь, определяет состав насыщающей среды и режим обработки. Кроме того, результаты исследования могут быть применимы для совершенствования обработки конструкционных сталей.

Целью настоящей работы является разработка процессов анодного насыщения титановых сплавов и сталей углеродом, азотом и бором, обеспечивающих повышение их твердости и износостойкости.

Решаемые задачи:

1. Разработать составы рабочих электролитов для анодного насыщения сплавов углеродом, азотом, бором и оценить их энергетические характеристики и насыщающую способность.

2. Изучить структуру, элементный и фазовый состав поверхностных слоев, образующихся при многокомпонентном насыщении изучаемых сплавов углеродом, азотом и бором, включая зависимости структурных характеристик от режимов обработки и составов электролитов.

3. Исследовать влияние составов электролитов и режимов насыщения на шероховатость поверхности, коэффициенты трения и интенсивности изнашивания материалов.

4. Выяснить влияние составов электролитов и режимов насыщения на коррозионную стойкость титановых сплавов в растворе Рингера, а сталей - в условиях атмосферной коррозии.

5. Изучить анодное многокомпонентное насыщение сплавов в водных электролитах, включая анализ структуры, элементного и фазового состава образующихся поверхностных слоев

6. Разработать рекомендации по повышению твердости титанового имплантата из сплава ВТ6.

7. Разработать рекомендации по повышению износостойкости резьбы пары трения «болт-гайка» из стали 20.

Защищаемые положения

1. Закономерности влияния составов электролитов и рабочего напряжения на температуру насыщения цилиндрических образцов, структурные характеристики и свойства поверхностного слоя.

2. Физико-химические особенности диффузионного насыщения титановых сплавов и малоуглеродистых сталей в условиях анодной электролизной плазмы.

3. Технологические рекомендации для разработки процесса скоростного упрочнения изделий из стальных и титановых сплавов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Определены концентрации компонентов водных электролитов (борной кислоты, карбамида, глицерина, тиосульфата натрия и хлорида аммония) для реализации анодных процессов нитроцементации, борирования, бороцементации, боронитроцементации и боронитросульфоцементации титановых сплавов и сталей, позволяющие формировать упрочненные слои толщиной от 60 до 170 мкм.

2. Выявлен механизм насыщения бором и другими элементами на структурные характеристики и свойства упрочненных слоев объясняется взаимодействием процессов диффузионного насыщения, анодного растворения и высокотемпературного окисления в парогазовой оболочке.

3. Установлено, что повышение твердости и износостойкости титановых сплавов после их скоростного насыщения азотом, углеродом и бором объясняется образованием оксидного слоя и твердого раствора насыщающих компонентов.

4. Предложен метод повышения коррозионной стойкости титановых сплавов в растворе Рингера, имитирующего условия человеческого тела и применяемого для испытаний имплантатов.

5. Повышение износостойкости сталей достигается за счет сглаживания их поверхностей анодным растворением и формированием твердого слоя с

образованием поверхностных оксидных пленок, препятствующих схватыванию пар трения.

6. Доказано защитное действие наружного слоя, содержащего оксиды, нитриды и бориды железа, позволяющее повысить коррозионную стойкость малоуглеродистой стали в условиях атмосферной коррозии.

Практическая значимость работы

1. Предложены составы электролитов и режимы насыщения азотом, углеродом и бором двухфазного титанового сплава ВТ22, обеспечивающие увеличение его твердости до 470-1075 НУ, износостойкости в 5-60 раз и снижение шероховатости в 1,5-3,5 раза.

2. Предложены составы электролитов и режимы насыщения азотом, углеродом и бором, увеличивающие износостойкость сталей 20 и 45 в 2,5-16 раз и коррозионную стойкость стали 20 в 2,5 раза.

3. Разработан технологический процесс повышения твердости имплантата из сплава ВТ6 до 800-900 НУ для повышения его долговечности.

4. Разработан технологический процесс нитроцементации и боронитроцементации пары трения "болт-гайка" из стали 20, обеспечивающий повышение износостойкости резьбы до 40 раз в условиях сухого трения при изготовлении лекал, необходимых для создания каркаса при производстве автомобильных шторок.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Методы повышения износостойкости титановых сплавов

Высокая удельная прочность и коррозионная стойкость титана и его сплавов обусловили их широкое применение в технике и медицине. Однако использование титановых сплавов в узлах трения сдерживается их низким сопротивлением изнашиванию [1-2]. Изучению износостойкости титановых сплавов уделялось достаточно много внимания. Известно, что повысить износостойкость можно различными методами, одним из которых является химико-термическая обработка, позволяющая благодаря процессам диффузии насытить разогретую поверхность материала азотом, кислородом, углеродом, бором и т.д. Широкими возможностями для получения деталей или поверхностей с высокой устойчивостью к износу обладают также методы, которые используют концентрированные потоки энергии, например низкотемпературную плазму, лазерные, электронные и ионные лучи, импульсные разряды и т.п. Так или иначе, любой из методов обладает как преимуществами, так и недостатками, но в целом позволяют значительно расширить область применения титана и сплавов на его основе там, где необходимы высокие триботехнические характеристики.

Одним из методов, повышения износостойкости технически чистого титана ВТ1 -0 и сплава ВТ6 является облучение высокоинтенсивным электронным пучком, а также насыщение поверхности титана ионами азота в плазме газового разряда низкого давления [3].

После импульсной электронно-пучковой обработки крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана ВТ1 -0 износостойкость увеличивается в 7 (рисунок 1.1) и 20 раз (рисунок 1.2) соответственно, что доказывает эффективность метода преимущественно при модифицировании ультромелкозернистого титана ВТ1-0 [4].

Износостойкость крупнозернистого титана может быть увеличена до 10 раз с помощью ионного азотирования при 650 °С в течение одного часа (рисунок 1.3).

Ионное азотирование при тех же параметрах в сочетании с импульсной электронно-пучковой обработкой имеет несколько меньший эффект и увеличивает износостойкость в 3,5-4 раза. Импульсная электронно-пучковая обработка крупнозернистого титанового сплава ВТ6 приводит лишь к незначительному уменьшению скорости изнашивания модифицированной поверхности.

1 - контрольный; 2-5 -после импульсной

электронно-пучковой обработки при плотности энергии пучка электронов 2 -15 Дж/см2; 3 - 20 Дж/см2; 4 - 25 Дж/см2;

5 - 30 Дж/см2 Рисунок 1.1 - Кинетические зависимости потери массы от времени испытаний образцов из крупнозернистого титана ВТ1-0

1 - контрольный; 2-6 -после импульсной электронно-пучковой обработки при плотности энергии пучка электронов 2 - 10 Дж/см2; 3 - 15 Дж/см2; 4 - 20 Дж/см2; 5 - 25 Дж/см2; 6 - 30 Дж/см2

Рисунок 1.2 - Кинетические зависимости потери массы от времени испытаний образцов из ультромелкозернистого титана ВТ1-0

Другим перспективным и эффективным методом повышения износостойкости деталей из титана и его сплавов является электроискровое легирование, основанное на явлении эрозии и переноса материала анода на поверхность катода-детали при протекании импульсных разрядов в газовой среде. Уже в первых работах Лазаренко Б.Р. и Лазаренко Н.И. были показаны широкие возможности данного метода для повышения износостойкости ответственных деталей, задействованных в паре трения.

4,0-1 1

з» I

оз □_□-п-□-□-п-□-□

о / ,

0,5- Р _ 3 □ ■ -■-■-■-■-■-■-■

0,0- а^

0 10 20 30 40 50 60 70 80 I (х103 М)

1 - контрольный; 2 -после ионного азотирования в сочетании с последующей электронно-пучковой обработкой при плотности энергии пучка электронов 25 Дж/см2; 3 - образцы

после ионного азотирования Рисунок 1.3 - Зависимости потери массы от длины пути скольжения образцов из

крупнозернистого титана ВТ1-0

В работе [5] на примере электроискрового легирования титанового сплава ОТ4 показана возможность получения поверхности, значительно превосходящей по износостойкости необработанный материал (рисунок 1.4-1.6). При легировании поверхности титанового сплава ОТ4 кобальтом, хромом и серебром получено покрытие, имеющее в 25-30 раз меньшую скорость изнашивания в сравнении с необработанной поверхностью. При этом автор отмечает незначительный износ контртела из карбида титана и низкую температуру приповерхностного слоя, что говорит о незначительной или вообще отсутствующей пластической деформации и малом адгезионном взаимодействии контртела с рассматриваемыми покрытиями.

При трибологических испытаниях покрытий из тугоплавких соединений установлено, что нагрузка незначительно влияет на коэффициент трения (рисунок 1.7 и 1.8). Высокие значения коэффициентов трения покрытий из ТЮ и Сг3С2 в сравнении с другими материалами объясняют рентгеновские испытания, согласно которым, данные покрытия содержат некоторое количество свободного титана. Однако износостойкость этих покрытий, в условиях высокотемпературного

трения, значительно повышается (рисунок 1.9). Покрытия на основе карбидов титана и карбидов хрома обладают высоким сопротивлением окислению, которому способствует образование сплошных эластичных пленок из оксида титана (IV) и оксида хрома (III) соответственно, защищающих покрытие от дальнейшего окисления и воспринимающих механические нагрузки при трении.

о га

т

^

03 23

а

га

л

ь

•->

о

о

о ¡Й и

100

75

50

25

< ---- ОТ4 г-4

V

А. Со №Сг

0,5 1,0 1,5 Время, час

2,0 2,5

Рисунок 1.4 - Зависимость скорости изнашивания покрытий и сплава ОТ4 от времени испытания при трении на воздухе

Рисунок 1.5 - Зависимость коэффициента трения покрытий и сплава ОТ4 от нагрузки при трении на воздухе

о я

к

X

то СО

э

сз

х

р^

х

л н о о о. о

Ьй

и

80

60

40

20

№

//А 2 /йо

/ / у Сг

20 40 60 Температура, °С

80

Рисунок 1.6 - Зависимость скорости изнашивания покрытий от температуры (вакуум 10-5

мм. рт. ст.)

Рисунок 1.7 - Влияние удельной нагрузки на коэффициент трения покрытий

На основе результатов приведенных выше можно утверждать о перспективности метода электроискрового легирования титановых сплавов с целью получения покрытий с высокой износостойкостью. При этом, в качестве анодов для формирования износостойких покрытий могут быть использованы такие металлы, как Со, Сг, Л§, карбиды НС, Сг3С2 и кермета Сг3С2 + 15% N1.

— ггс

/оТ4 (Т1С';)В,/Ц НС

■X №>С ............Г -

/ ^ ** 'Ы-— Сг,С\

Сг3С,+ 10° »N1

/ \L-wc

200 400 600

Температура. °С

800

Рисунок 1.8 - Влияние температуры на коэффициент Рисунок 1.9 - Влияние температуры на трения покрытий скорость изнашивания покрытий

В рамках метода электроискрового легирования представляет интерес получение нитридных слоев, формирующихся при использовании одноименных материалов [6]. При определенных условиях в сформированном слое

преимущественной фазой может быть нитрид титана, помимо которого обнаруживаются окислы титана и твердые растворы кислорода и азота в титане. Образовавшиеся оксидно-нитридные слои обладают высокой твердостью (8-12 ГПа) и износостойкостью.

Высокая износостойкость также достигнута при использовании комбинированного электроискрового легирования титана ВТ20, которое заключалось в нанесении барьерного слоя из хрома и его дальнейшего бронзирования. Такой способ обработки выбран ввиду того, что в результате чистого бронзирования на поверхности титана формируется слой интерметалидов, препятствующих получению высокоизносостойких покрытий. Предложенный способ комбинированного электроискрового бронзирования титановых сплавов позволяет применять их в высоконагруженных узлах трения, а также дает возможно снизить вес узлов трения по сравнению со стальными в 1,71,8 раза.

Значительный прогресс в обработке титана и сплавов на его основе достигнут при использовании технологий, основанных воздействием на материал частицами и излучением разных видов и мощности [7]. Такие технологии позволяют точечно, дозировано и избирательно, на уровне отдельных атомов, влиять на формирование необходимых служебных характеристик обрабатываемой поверхности. Благодаря такой обработке не меняется внутренняя структура материала, также остается не тронутым соотношение пластинчатых и твердых фаз в объеме материала. Фактически, такие технологии позволяют модифицировать поверхность металла, не изменяя его структуры на уровне атомов, и не только сохранить имеющиеся свойства, но и значительно улучшить их.

Другими словами, включение в технологическую схему обработки титана и его сплавов метода облучения высокоэнергетическим пучком атомных частиц позволяет эффективно проводить поверхностное легирование материала с образованием вторичных фаз с заданными свойствами [8-14]. Стоит отметить сложность протекающих при интенсивном облучении процессов и их

представление в виде элементарных актов, что сдерживает широкое внедрение технологии в промышленность. Однако на сегодняшний день в зарубежной и отечественной литературе имеется не мало статей и монографий, в которых оговорены физическая природа структурных и фазовых превращений в титановых сплавах при различных методах обработки [15-17].

Ионное облучение при обработке титана приводит к структурно-фазовым превращениям, в результате могут быть значительно изменены физико-химические и механические свойства поверхности, например износостойкость при трении, жаростойкость, усталостная прочность, стойкость к коррозии и эрозии [13].

Значительное упрочняющее действие на титан и его сплавы оказывает имплантация даже небольшого количества азота, углерода и кислорода, при этом трибологические свойства обусловлены тонким модифицированным слоем, сформированным на поверхности материала [18]. Известны случаи, когда в результате ионной имплантации достигнуто уменьшение коэффициента трения в несколько раз, а увеличение износостойкости в тысячи раз [9].

+ 16 18

В работе [19] говорится о том, что облучение Т ионами N дозами 10 ...10 см-2 способствует росту микротвердости поверхности, износостойкости и

уменьшает коэффициент трения. Износостойкость поверхности в этом случае при низком контактном напряжении соответствует абразивному механизму изнашивания, что доказывает влияние режима изнашивания на механизм трения наряду с условиями обработки.

В работе [17] авторами показано, что внедрение азота в сплав Тi-6%Al-4%V

17 -2

(дозой (0,5...4)-10 см ) почти на два порядка уменьшает скорость изнашивания и способствует изменению механизма изнашивания с абразивного для необработанных образцов на окислительный для обработанных. Характер и стойкость к изнашиванию главным образом определяются элементом, который имплантируют и дозой облучения. Так, например, при имплантации меди в

17 -2

титановый сплав того же состава при дозе облучения 4 10 см износостойкость

повышается только в 2-3 раза [10]. При имплантации ионов бора с энергией 40 кэВ и ионами азота и кислорода с энергией 6 кэВ в титановый сплав ВТ16 интенсивность изнашивания снижается в 1,9 раза [20].

Значительного повышения износостойкости титана и его сплавов удалось достигнуть комплексным насыщением хромом и кремнием с помощью парофазного метода [21]. Износостойкость в этом случае повышается в 3-5 раза, а коэффициент трения уменьшается от 0,56 до 0,18. Установлено, что износ хромосилицированных изделий из титана и сплавов, работающих при температурах от -60 до +60 оС, в течение 1000 часов практически отсутствует. С помощью хромосилицирования можно значительно расширить область применения деталей из титановых сплавов, а также увеличить их надежность и долговечность.

Одним из наиболее эффективных и распространённых методов повышения износостойкости титана и сплавов на его основе является оксидирование. Насыщение кислородом титана и сплавов можно проводить в кислородсодержащей среде нагревом изделий до температур 600-850оС, изотермической выдержки от одного до десяти часов и охлаждения до комнатной температуры. В этом случае, толщина диффузионного слоя, образованного после обработки достигает 10-50 мкм. Обычно диффузионный состоит из трех зон, где наружный слой представлен в виде рутила ТЮ2, средняя зона состоит из фазы ТЮ, за которой следует третья зона - твердый раствор кислорода в титане [22]. Однако, традиционное оксидирование имеет ряд существенных недостатков, главным из которых является хрупкость рутила и его склонность к отслаиванию, что объясняется наличием высоких растягивающих напряжений на границе раздела пленка-металл, которые возрастают пропорционально толщине слоя. Данные напряжения возникают из-за различий в удельных объемах, параметрах кристаллических решеток, коэффициентах термического расширения и прочностных свойствах рутила и а-титана.

Наряду с традиционным оксидированием разработан способ низкотемпературного оксидирования никелида титана, которое осуществляется в

кислородосодержащей газовой среде при температуре 400°С, выдержки в течение 50 часов с последующим охлаждением с печью до комнатной температуры. Данный вид обработки поверхности никелида титана приводит к образованию сплошной пленки рутила толщиной до 0,5мкм. Полученный слой рутила, ввиду малой толщины, не устойчив к адгезионному износу и может быть использован лишь в условиях относительно мягкого вида изнашивания - фреттинга.

Для получения поверхности титана, насыщенной кислородом и при этом устойчивой к адгезионному износу, необходимо создать в его поверхностном слое нанокристаллическую двухфазную а-титан + TiO2 структуру. Данная задача, согласно патенту Ш 6210807 оп. 03.04.2001 г., решается деформированием поверхности титана в условиях сухого трения скольжения, с использованием цилиндрического индентора в качестве контртела, и последующим нагревом образцов с деформированной поверхностью в воздушной среде до 450-650°С и выдержке в течение часа [23]. В результате пластической деформации трением в поверхностном слое титана формируется нанокристаллическая а-фаза с дефектной структурой. По дефектным границам нанокристаллической а-фазы происходит ускорение диффузии атомов кислорода, в результате чего в поверхностном слое и возникает двухфазная (а-титан + ТЮ2) нанокристаллическая структура. Наличие данной структуры в поверхностном слое увеличивает сопротивление к адгезионному и усталостному износу 2,2-6,5 раза при трении с контртелом из стали, что обусловлено повышенной прочностью наноструктуры.

Не менее эффективным способом повышения износостойкости титана и его сплавов является азотирование, которое обычно проводят в чистом азоте, очищенном от кислорода и влаги.

Согласно диаграмме состояния Т-Ы в процессе азотирования титана при температурах ниже 882оС на поверхности образуется тонкий слой нитрида титана, за которым следует слой твердого раствора азота в а-титане. Образование на поверхности титана нитридной пленки при азотировании не желательно. Это связано с тем, что нитридная пленка замедляет диффузию азота в титан, т.к.

коэффициент диффузии азота в нитриде титана намного меньше, чем в а и Р-фазах. Помимо этого нитридный слой достаточно хрупкий и, имея небольшую толщину, доставляет трудности при доводке поверхности детали. Толщина нитридного слоя может быть уменьшена за счет проведения азотирования при пониженном давлении или в смеси азота с аргоном, а также с помощью вакуумного отжига в аргоне деталей после обработки. Несмотря на небольшую толщину диффузионного слоя, азотирование позволяет в десятки раз повысить износостойкость и жаростойкость титановых изделий, однако в промышленности применяется ограниченно [24].

Износостойкость титана и сплавов может быть увеличена с помощью цементации в порошке древесного угля. Диффузионные слои образуются несколько более глубокие, чем при азотировании. Однако помимо углерода титан насыщается кислородом, что повышает хрупкость сердцевины и диффузионного слоя. Прочностные свойства титана, цементованного в порошке древесного угля, примерно такие же, как у титана, азотированного в азоте или аммиаке, а пластичность и особенно ударная вязкость значительно ниже, чем у азотированного в азоте, но выше, чем у азотированного в аммиаке.

Также имеется опыт цианирования титана в 10-100% расплаве цианистого натрия. Диффузионный слой в этом случае, по утверждению авторов работы, состоит преимущественно из твердого раствора азота в титане. Иглообразная структура диффузионного слоя и полученные величины микротвердости аналогичны тем, которые имеют место при окислении титана. По-видимому, основным процессом, развивающимся при цианировании, является окисление, которому сопутствует некоторое насыщение слоя азотом и углеродом [25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тамбовский Иван Владимирович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Molinari, A. Dry sliding wear mechanisms of the Ti6Al4V alloy [Текст] / A. Molinari, T.B. Straffelini, T. Bacci. // Wear, 208 (1997) 105-112

2. Long M. Titanium alloys in total joint replacement - a materials science perspective [Текст] / M. Long, H.J. Rack. // Biomaterials, 1998 V.19, №18, Р. 16211639

3. Иванов, Ю.Ф. Низкоэнергетические электронные пучки субмиллисекундной длительности: получение и некоторые аспекты применения в области материаловедения - Гл.13 в книге «Структура и свойства перспективных металлических материалов» [Текст] / Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль. // Под ред. А.И. Потекаева. - Томск: Изд-во НТЛ, 2007. - 580 с.

4. Гриценко, Б.П. Повышение износостойкости технически чистого титана ВТ1-0 и сплава ВТ6 [Текст] / Б.П. Гриценко, Н.Н. Коваль, Ю.Ф. Иванов, К.В. Круковский, Н.В. Гирсова, А.Д. Тересов. // Механика и машиностроение. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011. - С. 1009-1013

5. Михайлов, В.В. Исследование особенностей электроискрового легирования титана и его сплавов [Текст] // Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, Институт проблем материаловедения АН УССР. 1977. 19 с.

6. Михайлов, В.В. Электроискровое легирование титана и его сплавов, физико-технологические аспекты и возможность практического использования. Краткий обзор. Часть I. Особенности массопереноса, структурные и фазовые превращения в поверхностных слоях, их износо- и жаростойкость [Текст] / В.В. Михайлов, А.Е. Гитлевич, А.Д. Верхотуров, А.И Михайлюк, А.В. Беляков, Л.А. Коневцов. // Электронная обработка материалов. - 2013. - 49(5). - С. 21-44.

7. Братушка, С.Н. Ионно-плазменная модификация титановых сплавов [Текст] / С.Н. Братушка, Л.В. Маликов. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: вакуум, чистые материалы, сверхпроводники. - 2011. - №6. С. 126-140.

8. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками [Текст] / Под ред. Д.М. Поута, Г. Фоти, Д.К. Джекобсона. - М.: «Мир», 1987. - 424 с.

9. Погребняк, А.Д. Структурно-фазовые и физико-химические изменения в поверхностном слое а-железа, оплавленном плазменной струей [Текст] / А.Д. Погребняк, С.Б. Кислицын, Ф.Ф. Комаров и др. // Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. - 2009. - №1. - С. 1-9.

10. Ротштейн, В.П. Импульсное электронно-пучковое поверхностное легирование сплава ВТ6 цирконием путем перемешивания предварительно осажденной многослойной Zr/Ti пленки [Текст] / В.П. Ротштейн, А.Б. Марков, Н. Шевченко и др. // Письма в ЖТФ. - 2008. - Т. 34. - Вып. 20. - С. 65-72.

11. Быковский, Ю.А. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов [Текст] / Ю.А. Быковский, В.Н. Неволин, В.Ю. Фоминский. - М: «Энергоиздат», 1991. - 240 с.

12. Noli, F. Enhancement of the corrosion resistance of a Ti-Based alloy by ion-beam deposition methods [Текст] / F. Noli, P. Misaelides, J.-P. Rivière. // Nucl. Instr. and Meth. in Physics Research - Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2009. - V. 267. - Р. 1670.

13. Кадыржанов, К.К. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация [Текст] / К.К. Кадыржанов, Ф.Ф. Комаров, А.Д. Погребняк и др. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 640 с.

14. Андреев, А.А. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия [Текст] / А.А. Андреев, В.П. Саблев, В.М. Шулаев, С.Н. Григорьев. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. - 278 с.

15. Musil, J. Superhard nanocomposite Ti- AlN films prepared by magnetron sputtering [Текст] / J. Musil and H. Hruby // Thin Solid Films. - 2000. - V. 365. -Р.104-109.

16. Погребняк, А.Д. Модификация свойств материалов и осаждение покрытий с помощью плазменных струй [Текст] / А.Д. Погребняк, Ю.Н. Тюрин. -УФН, 2005. - Т. 175. - №5. - С. 515-544.

17. Zhu, X.P. Crater Formation on the Surface of Titanium Irradiated by a High-Intensity Pulsed Ion Beam [Текст] / X.P. Zhu, M.K. Lei, Z.H.Dong et al. // Surface and Coating Technology. - 2003. - V. 173. - P. 105-110.

18. Азаренков, Н.А. Наноматериалы, нанопокрытия, нанотехнологии: Учебное пособие [Текст] / Н.А. Азаренков, В.М. Береснев, А.Д. Погребняк и др. Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина, 2009, 209 с.

+ + + +

19. Погребняк, А.Д. Влияние высоких доз ионов N , N + Ni, Mo + W на физико-механические свойства TiNi [Текст] / А.Д. Погребняк, Л.В. Маликов, С.Н. Братушка и др. // ЖТФ. - 2009. - Т. 7. - Вып. 5. - С. 65- 72.

20. Meissner, J. Ion beam mixing of selected binary systems of metals of different crystalline structures. Part 2 [Текст] / J. Meissner, R. Kopitski, G. Hertler et al. // Nucl. Inst. and Meth. Phys. Res. - 1987. - V. B19-20. Р. 669-672.

21. Повышение износостойкости титановых сплавов [Текст] — [Электронный ресурс] — URL:http://chem21.info/info/792034 - (дата обращения: 02.02.2017).

22. Siva Rama Krishna, D. Thick rutile layer on titanium for tribological applications [Текст] / D. Siva Rama Krishna, Y.L. Brama, Y. Sun. // Tribology International. - 2007. - V.40. - P.329-334

23. Patent US 6210807. Surface oxidation of a titanium or titanium alloy article [Текст] - 03.04.2001 г.

24. Химико-термическая обработка титановых сплавов [Текст] — [Электронный ресурс] — URL: http: //metal-archive.ru/obrabotka- cvetnyh-metallov/642-himiko-termicheskaya-obrabotka-titanovyh-splavov.html - (дата обращения: 02.07.2017)

25. Минкевич, А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] // Химико-термическая обработка титана. - C.325-359

26. Минкевич, А.Н. Поверхностное упрчнение титана обработкой в расплавленной буре [Текст] / А.Н. Минкевич, Ю.Н. Шульга // Металловедение и обработка металлов. - 1957. - № 12. - С. 53-61.

27. Patent USA 6022468. Electrolytic Hardening Process [Текст] / Suet Fan Luk, Tin Pui Leung, Wah Sing Miu, Ian Robert Pashby. - 8.02.2000.

28. Zhecheva, A. Enhancing the microstructure and properties of titanium alloys through nitriding and other surface engineering methods [Текст] / A. Zhecheva, W. Sha, S. Malinov et al. // Surf. Coat. Technol. - 2005. - V. 200. - P. 2192

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

30. Кусманов, С.А. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования [Текст] / С.А. Кусманов, И.Г. Дьяков, П.Н. Белкин и др. - 2015. - № 1. - С. 106.

31. Гришина, А.П. Фотоэлектрохимические свойства оксидных пленок, образующихся при электрохимико-термическом окислении титана в растворах электролитов [Текст] / А.П. Гришина, Н.О. Кудрякова, П.А. Румянцев и др. // Электронная обработка материалов. - 2012. - № 6. - С. 45.

32. Mirzoev, R.A. Stability of the solution front of rectifying metals in a passive state [Текст] / R.A. Mirzoev, A.D. Davydov // Elektrokhimiya.- 1995. - V. 31. -№. 3. - P. 277-285.

33. Белкин, П. Н. Электрохимико-термическая модификация материалов на основе железа и титана [Текст] // Вестник Костромского государственного университета имени Н. А. Некрасова. - 2009. - № 1. - С. 10-19.

34. Aliofkhazraee, M. J. Pulsed nanocrystalline plasma electrolytic carburising for corrosion pro-tection of a [gamma]-TiAl alloy: Part 1. Effect of frequency andduty cycle [Текст] / M. Aliofkhazraee, A. Sabour Rouhaghdam, T Shahrabi. // J. Alloy. Compound. - 2008. - V. 460. - P. 614.

35. Gladii, Yu.P. Influence of treatment regime on wear behavior of titanium alloy VT-20 [Текст] / Yu.P. Gladii, I.G. Dyakov, M.R. Komissarova // Proceed. 7th Intern. Conf. Mater. Sci. Condens. Matt. Phys. Chisinau. - 2014. - P. 292.

36. Белкин, П.Н. Применение спектрометрии ЯОР протонов для исследования анодной химико-термической обработки титана [Текст] / П.Н.

Белкин А.М. Борисов, В.Г. Востриков и др. // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 1. С. 59.

37. Белкин, В.С. Азотирование технического титана при анодной электролитно-плазменной обработке [Текст] / В.С. Белкин, С.А. Кусманов // Тр. 13-й Международной научно-технической конференции. М.: ПР0БЕЛ-2000, 2014. - С. 294.

38. Блащук, В.Е. Повышение коррозионной стойкости низколегированных титановых сплавов азотированием в электролите [Текст] /

B.Е. Блащук, И.Б. Лавровская, Л.М. Оноприенко и др. // Электронная обработка материалов. - 1989. - № 5. - С. 18-20.

39. Блащук, В.Е. Влияние электролитного азотирования на коррозионную стойкость технического титана ВТ1-0 [Текст] / В.Е. Блащук, Н.М. Карета, Л.М. Оноприенко и др. //Электронная обработка материалов. - 1986. - № 3. - С. 20-22.

40. Li, X.-M. Porous nanocrystalline Ti(CxN1 - x) thick films by plasma electrolytic carbonitriding [Текст] / X.-M. Li Y. Han // Electrochemistry Communications. - 2006. - V. 8. - P. 267.

41. Li, X.-M. Synthesis of nanocrystallineTi (CXN1-X) thick films on titanium by plasma electrolytic carbonitriding [Текст] / X.-M. Li, Y. Han, Y.-S. Li // Surf. Coat. Technol. - 2007. - V. 201. - P. 5326.

42. 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. - № 6. - P. 791.

43. Li, X.-M. Mechanical properties of Ti(C0.7N0.3) film produced by plasma electrolytic carbonitriding of Ti6Al4V alloy [Текст] / X.-M Li, Y. Han // Applied Surface Science. - 2008. - V. 254. - P. 6350.

44. Aliev, M.Kh. Corrosion protection study of nanocrystalline plasma-electrolytic carbonitriding process for CP-Ti [Текст] / M.Kh. Aliev, A. Sabour, P Taheri. // Protect. Met. Phys.Chem. Surf. - 2008. - V. - 44. - № 6. - P. 618.

45. Aliev, M. Kh. Pulsed nanocrystalline plasma electrolytic boriding as a novel method for corrosion protection of CP-Ti (Part 1: Different frequency and duty cycle) [Текст] / M.Kh. Aliev, A. Saboor // Bull. Mater. Sci. - 2007. - V. - 30. - P. 601.

46. Patent Japan 44-1049 (12А34, 12А31, 12А32). Solution for Electrolytic Thermal Treatment [Текст] / Inoue Kiyoshi, Kaneko Hideo; 18.01.1979.

47. Tarakci, M. Plasma electrolytic surface carburizing and hardening of pure iron [Текст] / M. Tarakci, K. Korkmaz, Y. Gencer, M. Usta // Surf. Coat. Technol. -2005. - V. 199 (2-3). - P. 205—212

48. Zhirov, A.V. Effect of glycerine concentration on dissolution and oxidation of mild steel during anodic cementation [Текст] / A.V. Zhirov, A.O. Komarov, V.V. Danilov, S.A. Shorokhov // Surf. Eng. Appl. Electrochem. - 2012. - V. 48(3). - P. 289-291.

49. Grishina, E.P. Influence of anodic electrothermochemical oxidation on the corrosion stability of steel 45 [Текст] / E.P. Grishina, A.V. Zhirov, P.N. Belkin, A.I. Dikusar. // Surf. Eng. Appl. Electrochem. . - 2008. - V. 44(5). - P. 390-395.

50. Suminov, I.V. Surface plasma electrolytic modification of the metals and alloys [Текст] / I.V. Suminov, P.N. Belkin, A.V. Apelfeld, V.B. Ludin, A.M. Borisov // Technosphera, Moscow, 2011. - Р. 73-107

51. Belkin, P.N. Heat treatment and case hardening of steels subjected to heat in electrolytic solution [Текст] / P.N. Belkin, E.A. Pasinkovskij // Metal Science and Heat Treatment. - 1989. - V. 31. - N 5-6. P. - 331-337.

52. Shen, D.J. A novel method of surface modification for steel by plasma electrolysis carbonitriding [Текст] / D.J. Shen, Y.L. Wang, P. Nash, G.Z.,Xing // Material Science and Engineering. - 2007. - V. 458 (1-2). - P. 240-243.

53. Zarchi, M.K. Characterization of nitrocarburized surface layer on AISI 1020 steel by electrolytic plasma processing in an urea electrolyte [Текст] / M.K. Zarchi, M.H. Shariat, S.A. Dehghan, S. Solhjoo // J. Mater. Res. Technol. - 2013. - V. 2 (3). - P. 213-220.

54. Jiang, Y.F. Effect of C/N concentration fluctuation on formation of plasma electrolytic carbonitriding coating on Q235 [Текст] / Y.F. Jiang, Y.F. Bao, K. Yang // Journal of Iron and Steel Research. - 2012. - V. 19(11). - P. 39-45.

55. Belkin, P. Anodic Plasma Electrolytic Nitrocarburizing of Low-Carbon Steel [Текст] / P. Belkin, S. Kusmanov, A. Naumov, Yu. Parkaeva // Advanced Materials Research. - 2013. - V. 704. - P. 31-36.

56. 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 // Surf. Coat. Technol. - 2015. V. 272. - P. 149-157.

57. Belkin, P. Anode saturation with nitrogen and carbon in aqueous solution of carbamide-bearing electrolytes [Текст] / P. Belkin, B. Krit, I. Dyakov, V. Vostrikov, T. Mukhacheva // Metal Science and Heat Treatment. - 2010. - V. 52(1-2). - P. 20-24.

58. Jiang, Y.F. Electrolyte-electrode interface and surface characterization of plasma electrolytic nitrocarburizing [Текст] / Y.F. Jiang, T. Geng, Y.F. Bao, Y. Zhu // Surf. Coat. Technol. - 2013. - V. 216. - P. 232-236.

59. Nie, X. Characteristics of a plasma electrolytic nitrocarburising treatment for stainless steels [Текст] / X. Nie, C. Tsotsos, A. Wilson, A.L. Yerokhin, A. Leyland, A. Matthews // Surf. Coat. Technol. - 2001. V. 139(2-3). - P. 135-142.

60. 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 // Surf. Coat. Technol. -2001. - V. 142-144. - P. 1129-1136.

61. Tsotsos, C. Tribological evaluation of AISI 304 stainless steel duplex treated by plasma electrolytic nitrocarburising and diamond-like carbon coating [Текст] / C. Tsotsos, A.L. Yerokhin, A.D. Wilson, A. Leyland, A. Matthews // Wear. - 2002. -V. 253(9-10). - P. 986-993.

62. Tavakoli, H. Effect of Electrolyte Composition on Characteristics of Plasma Electrolysis Nitrocarburizing [Текст] / H. Tavakoli, S.M. Mousavi Khoie, S.P.H. Marashi, O. Bolhasani // Journal of Materials Engineering and Performance. -2013. - V. 22(8). - P. 2351-2358

63. Belkin, P.N. Effect of compositions of active electrolytes on properties of anodic carburization [Текст] / P.N. Belkin, I.G. Dyakov, A.V. Zhirov, S.A. Kusmanov, and T.L. Mukhacheva // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. -2010. - V. 46(6). - P. 715-720

64. 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.

65. 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 Process. Polym. - 2007. - V. 4. - P. 711-716.

66. Alavi, S.H. Investigation of corrosion behaviour of carbon steel coated by pulsed plasma electrolytic boronising technique in 35 wt-% NaCl aqueous solution [Текст] / S. H. Alavi, C. Dehghanian and P. Taheri // Surf. Eng. - 2011. - V. 27. - P. 509-514.

67. 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.

68. 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.

69. Tavakoli, H. Electrochemical and physical characteristics of the steel treated by plasma-electrolysis boronizing [Текст] / H. Tavakoli, S.M. Mousavi Khoie, F. Rasooli, S.P.H. Marashi, F.Momeni // Surface and Coatings Technology. - 2015. V. 276. - P. 529-533.

70. Patent USA 3840450, НКИ 204-181; МКИ С 23 в 13/00. Способ диффузионного поверхностного насыщения проводящих тел [Текст] / Иноуэ К.; заявл. 21.10.63, опубл. 08.10.74.

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

72. А.с. СССР 870486, МКИ С23с 9/00. Способ химико-термической обработки изделий из металлов и сплавов [Текст] / Товарков А.К., Дураджи В.Н.; заявл. 28.01.1980, опубл. 07.10.1981, Б. И. 1981. - № 37.

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

74. 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 and Z. L. Wu // J. Alloys Compd. - 2013. - V. 578. P. 162-169.

75. 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 and J. Wu // Surf. Coat. Technol. 232 (2013) 142-149.

76. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости [Текст]. ГОСТ 9.908-85.— [Электронный ресурс] — URL: http://www.norm-load.ru/SNiP/Data1/35/35541/index.htm (Дата обращения: 04.05.2017).

77. Изучение кинетики анодных процессов методом поляризационных кривых [Текст].— [Электронный ресурс] — URL: http://ciu.nstu.ru/kaf/persons/28441/a/file_get/202169?nomenu=1 (Дата обращения: 05.05.2017).

78. Allen, P.L. Electrochemistry of sulphur. Part 1.—Overpotential in the discharge of the sulphide ion [Текст] / P.L. Allen, A. Hickling. // Trans. Faraday Soc. -1957. - V.53. - № 8. - P. 1626-1635.

79. Kusmanov, S.A. Plasma electrolytic nitriding of alpha- and beta-titanium alloy in ammonia-based electrolyte [Текст] / S.A. Kusmanov, A.A. Smirnov, S.A.

Silkin, V.I. Parfenyuk, P.N. Belkin // Surf. Coat. Technol. - 2016. V. 307. - P. 12911296.

80. Belkin, P.N. Anode plasma electrolytic carburising of commercial pure titanium [Текст] / P.N. Belkin, S.A. Kusmanov, I.G. Dyakov, M.R. Komissarova, V.I. Parfenyuk // Surf. Coat. Technol. - 2016. V. 307. P. 1303-1309.

81. Kusmanov, S. A. Plasma Electrolytic Modification of the VT1-0 Titanium Alloy Surface [Текст] / S. A. Kusmanov, I. G. Dyakov, P. N. Belkin, L. A. Gracheva and V. S. Belkin // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2015. - V. 9. - № 1. - P. 98-104.

82. Tambovskiy, I. V. Anodic Plasma Electrolytic Nitrocarburising of VT22 Titanium Alloy in Carbamide and Ammonium Chloride Electrolyte [Текст] / I. V. Tambovskiy, S. A. Kusmanov, S. S. Korableva, S. A. Silkin, N. V. Sevostyanov, M. R. Komissarova, and P. N. Belkin // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. -2017. - V. 53. - No. 5. P. 407-412.

83. Kusmanov, S.A. Anodnoe elektrolitno-plazmennoe nasyshchenie malouglerodistyh stalej azotom i uglerodom [Текст] / S.A. Kusmanov, A.R. Naumov, Yu.V. PArkaeva and P.N. Belkin // Fiz. Khim. Obrab. Mater. - 2013. - No. 6. - P. 4753

84. Белкин, П.Н. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация титанового сплава ВТ22 в карбамидном электролите. Быстрозакаленные материалы и покрытия [Текст] / П.Н. Белкин, И.В. Тамбовский, С.С. Кораблева, С.А. Силкин, С.А. Кусманов // Материалы XIV-й Международной научно-технической конференции. МАИ : Матер. конф. - М.: ПР0БЕЛ-2000, 2016. -С. 69-73.

85. Belkin, P.N. Plasma Electrolytic Saturation of Titanium and Its Alloys with Light Elements [Текст] / P.N. Belkin, A.M. Borisov, S.A. Kusmanov // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. - 2016. - V. 10(3). - P. 516-535.

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

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

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

89. Кусманов, С.А. Анодная электролитно-плазменная бороцементация малоуглеродистой стали [Текст] / С. А. Кусманов, И. В. Тамбовский, А. Р. Наумов, И. Г. Дьяков, И. А. Кусманова, П. Н. Белкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2017. - Т. 53. - № 3. - С. 321-328

90. Zhirov, A.V. Dissolution and Oxidation of Carbon Steels at Anodic Heating in Aqueous Solutions [Текст] / A.V. Zhirov, I.G. Dyakov, P.N. Belkin // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. - 2010. - V. 53(2). - P. 89-93.

91. Kusmanov, S.A. Anode Plasma Electrolytic Boronitrocarburising of Low-Carbon Steel [Текст] / S.A. Kusmanov, I.V. Tambovskiy, A.R. Naumov, I.G. Dyakov, P.N. Belkin // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. - 2015. - Vol. 51. -No 5. - pp. 462-467.

92. Shkurpelo, A.I. Phase Composition and Structure of Surface Layer of Pure Iron and Austenitic Stainless Steel 12X18H10T after Carbonitriding at Anode Electrolyte Heating [Текст] / A.I. Shkurpelo, P.N. Belkin, E.A. Pasinkovsci // Fiz. Khim. Obrab. Mater. - 1993. - V. 2. - P. 116-125.

93. Кусманов, С.А. Анодное электролитно-плазменное насыщение малоуглеродистой стали углеродом, азотом, бором и серой [Текст] / С.А. Кусманов, А.Р. Наумов, И.В.Тамбовский, П.Н. Белкин. // Письма о материалах. - 2015. - Т. 5. - № 1. - С. 35-38.

94. Kusmanov, S.A. Influence of oxide layer on carbon diffusion during anode plasma electrolytic carburizing [Текст] / S. A. Kusmanov, P. N. Belkin, I.G. D'yakov, A.V. Zhirov, T.L. Mukhacheva, A.R. Naumov // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. - 2014. - V. 50(2). - P. 223-229

Приложение А (обязательное)

Документы, подтверждающие результаты внедрения результатов

диссертационной работы

В настоящем акте отражены результаты использования диссертационных исследований Тамбовского Ивана Владимировича но повышению износостойкости резьбовой пары «болт-гайка» из стали 20, работающих в условиях сухого трения при создании каркаса для автомобильных шторок по изготовленным лекалам.

Предложена обработка поверхности резьбовой пары «болг-гайка» методом анодной электролитно-плазменной нитроцементации по технологии, разработанной в ФГБОУ ВО «Костромской государственный университет». Была произведена поверхностная обработка опытной партии метизов на установке анодной химико-гермической обработки при следующих режимах: напряжение 242 В, продолжительность обработки 2 минуты, температура нагрева 900 °С. В качестве электролита использовался водный раствор нитрата аммония (10% масс) и глицерина (10% масс). В результате поверхностный слой метизов насыщался углеродом и азотом.

Результаты показали, что поверхностная нитроцементация гаек из стали 20 значительно повышает износостойкость резьбы и увеличивает ресурс работы резьбовой пары «болт-гайка» в 40 раз. по сравнению с ранее использованной резьбовой парой из той же стали без анодной поверхностной обработки.

Заключение: анодная электролитно-плазменная нитроцементация гаек повышает износостойкость резьбы пары трения «болт-гайка», значительно увеличивая срок эксплуатации лекал, используемых при изготовлении каркаса для автомобильных шторок посредством зажима проволоки болтами в определенной последовательности для придания нужной формы готовому изделию. Большое количество циклов закручивания и откручивания необработанных болтов приводит к износу резьбы болта и гайки, что требует изготовления новых лекал и снижает объемы производства. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация, позволяющая в значительной степени увеличить срок эксплуатации лекал за счет повышения износостойкости резьбы гаек, работающих в паре трения с болтами, внедрена в производство.

Акт

«УТВЕРЖДАЮ» ИП Григорьев Д. Л

¿Л. ОЗ

о промышленном опробовании и внедрении результатов НИР

Начальник технического отдела

Акт

об использовании результатов научной работы в учебном процессе

Мы, нижеподписавшиеся, начальник учебно-методического управления, д.т.н.. профессор Сокова Г.Г., и ведущие преподаватели: доцент кафедры общей и теоретической физики, к.т.н., Жиров А.В. и профессор кафедры химии, д.х.н., Исаев П.П. составили настоящий акт о том, что полученные Тамбовским Иваном Владимировичем и опубликованные в открытой печати результаты диссертационных исследований в области теории и практики металловедения и химико-термической обработки металлов и сплавов используются при чтении курсов бакалавриата и магистратуры «Электролитно-плазменная модификация металлов», «Особенности диффузионного насыщения в условиях электролитно-плазменного нагрева», «Технология и оборудование для электролитно-плазменной обработки», а также при выполнении выпускных квалификационных работ студентами направлений подготовки «Химия» и «Физика». Кроме того, полученные И.В. Тамбовским материалы используются при подготовке аспирантов, обучающихся по направлениям «Технологии материалов» на кафедре обшей и теоретической физики и направлению «Химическая технология» на кафедре химии.

Результаты исследований И.В. Тамбовского, рекомендованные в качестве дополнительной учебной литературы для обучающихся, опубликованы в журналах «Surface Engineering and Applied Electrochemistry», «Surface and Coatings Technology», «Физикохимия поверхности и защита материалов», «Письма о материалах».

Начальник учебно-методического управления КГУ, д.т.н., профессор

Г.Г. Сокова

доцент кафедры общей и теоритической физики КГУ, к.т.н.

А.В. Жиров

профессор кафедры химии КГУ, д.х.н

П.П. Исаев