Рубрики Учeныe из Кoстрoмскoгo гoсудaрствeннoгo унивeрситeтa пoвысили изнoсoустoйчивoсть металлических изделий, насытив металл азотом, углеродом и бором. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда (РНФ), было опубликовано в журнале Wear.
«Существует много методов повышения эксплуатационных свойств изделий, один из которых, электролитно-плазменную модификацию стальных или титановых сплавов, мы разрабатываем. Его суть заключается в скоростном диффузионном насыщении поверхностного слоя детали азотом, углеродом и бором, что приводит к повышению их твердости, износостойкости и коррозионной стойкости», — рассказал один из авторов работы, профессор кафедры общей физики Костромского государственного университета Павел Белкин.
Металлические изделия со временем выходят из строя в результате коррозионных или механических разрушений. Ученые придумали, как повысить ресурс металла, обогатив его азотом, углеродом и бором с помощью электролизной плазмы — парогазовой оболочки с электрическими разрядами. Это специфическое состояние вещества возникает между раствором электролита и металлическим электродом.
В ходе работы ученые выяснили основные физические и химические закономерности процесса перемещения азота, углерода и бора из растворов электролитов в обрабатываемую деталь.
Механизм модификации металла азотом, углеродом и бором ученые исследовали с помощью химического и хроматографического анализа состава электролита и парогазовой оболочки. Это позволило выявить реакции, которые происходят с насыщающими компонентами электролита: аммиаком, солями аммония, глицерином, ацетоном, карбамидом, борной кислотой и многими другими.
На поверхности обрабатываемой детали, свойства которой необходимо изменить, происходит растворение и окисление. Поверхность модифицированного металла изучают стандартными методами материаловедения, среди которых рентгенофазовый анализ, ядерное обратное рассеяние протонов, энергодисперсионный и электронно-микроскопический анализы, измерение микротвердости слоя и его поверхностной шероховатости с помощью атомно-силового микроскопа или профилографа-профилометра. Затем ученые проводят испытания, чтобы установить, как изменения структуры и состава поверхностного слоя влияют на свойства обрабатываемого материала. Важно понять, как изменяются износостойкость и коррозионная стойкость в различных средах.
В результате экспериментов с рядом изделий: текстильными машинами, титановыми имплантатами, деталями штампов — насыщение материала оказалось успешным.
Процесс обработки цилиндрического стального образца, погруженного в раствор электролита и отделенного от него сплошной светящейся плазменной оболочкой. Павел Белкин/Костромской государственный университет