CC BY
131
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
Электролитно-плазменная модификация металлов и сплавов
Руководителем первой из представляемых в этом выпуске журнала научных школ является доктор технических наук, профессор Павел Николаевич Белкин. Это не только ученый с мировым именем, научный труд которого под названием «Электрохимикотермическая обработка металлов и сплавов» известен специалистам в данной области (как в России, так и за рубежом), не только чуткий научный руководитель и консультант, организатор авторитетных международных конференций, но и очень яркий научный лидер своей школы, талантливый педагог, который с первого курса учит и воспитывает студентов, необыкновенно обаятельный человек.
Тематика и проблематика научной школы П.Н. Белкина с определенного времени разрабатывается и учеными-химиками КГУ им. Н.А. Некрасова, в чем можно убедиться, увидев авторов статей, следующих за рассказом о научной школе самого ее руководителя.
В научной школе П.Н. Белкина исследуются многофазные электрохимические системы, в которых имеет место вскипание электролита вблизи одного из электродов, теплофизические аспекты этого явления, электрохимические стороны нагрева, закономерности переноса заряда через систему, электрохимические и химические реакции, явления растворения и окисления на поверхности электрода, свойства поверхностного оксидного слоя и его устойчивость в коррозионных средах. Учеными - сотрудниками КГУ им. Н.А. Некрасова - изучаются процессы поверхностной модификации конструкционных сталей и титановых сплавов, в частности, закалки, цементации, азотирования, борирования и оксидирования.
УДК 543.4/5; 544.6
Белкин Павел Николаевич
доктор технических наук, профессор Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Изложена история возникновения электрохимической научной школы в Костромском государственном университете имени Н.А. Некрасова, её представители, важнейшие результаты и перспективные планы развития. Ключевые слова: лаборатории, публикации, диссертации, гранты, конференции, проблемы.
История появления научного направления. Корни современных исследований электролитно-плазменной обработки, проводимых в КГУ им. Н.А. Некрасова, находятся в Костромском НИИ льняной промышленности (КНИИЛП). Именно там под руководством директора института, доктора технических наук
З.В. Брагиной была создана исследовательская группа и приобретено оборудование для освоения современных методов повышения долговечности деталей машин, инструментов и технологической оснастки. В 1992 году в КНИИЛП (в те годы ВНИИЛП -Всероссийский НИИ льняной промышленности) были разработаны, изготовлены и внедрены в промышленность шесть установок электролитно-плазменной обработки типа АТО, прототипом которых служили установки УХТО, выпускавшиеся Опыт-
ным заводом Института прикладной физики АН Молдовы. На упомянутых установках было выполнено несколько дипломных работ студентами физико-математического факультета Костромского государственного педагогического института (КГПИ).
Серьезной вехой в развитии исследований стало открытие аспирантуры по специальности 05.03.01 «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки» по инициативе проректора КГПИ по научной работе В.В. Чек-марева. В том же 1993 году в аспирантуру поступил выпускник Московского института стали и сплавов А.Б. Белихов. Первые измерения он проводил в лаборатории КНИИЛП, затем на оборудовании Костромского технологического института (КГТИ) и постепенно растущей базе нашего университета. Уже через год были доложены и опуб-
Таблица 1
Премии и гранты студенческих и молодежных конференций
Наименование мероприятия Город Год Лауреаты Размер гранта, руб.
1. 2. 3. 4. Конкурс грантов главы администрации Костромской области «Шаг в будущее» Кострома 1999 2000 2001 2006 И. Глотова М. Колчина С. Шадрин Т. Мухачева 4000 6000 7500
5. Конкурс студенческих грантов КГУ им. Н.А. Некрасова 2006 Т. Мухачева 20 000
6. Международная конференция «Автоматизация, технология и качество в машиностроении» Донецк 2006 Т. Мухачева, А. Комаров
7. Конференция «Г агаринские чтения» Москва 2006 Т. Мухачева
8. Международные научно-технические конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» Севастополь 2007 2008 2010 2011 Т. Мухачева, А. Комаров
ликованы первые результаты на научных конференциях КГТИ и КГПУ (наш вуз получил статус педагогического университета). В 1995 году появилась и первая статья в международном журнале. Постепенно к исследовательской работе стали привлекаться студенты и новые аспиранты, в том числе и дипломники технологического института. В целом, взаимодействие с КГТИ было довольно плодотворным благодаря имеющейся у них экспериментальной базе и участию их преподавателей: С.Н. Бошина, В.В. Данилова, В.А. Гусева. Именно с участием коллег была издана первая монография, посвященная электрохимико-термической обработке металлических материалов.
Руководство педагогического (впоследствии классического) университета неизменно поддерживало наши исследования. Декан физико-математического факультета Д.Е. Попов выделил комнату для организации лаборатории. Ректорат сумел изыскать средства для приобретения недорогих приборов и оплаты заказов на изготовление узлов эксперимен-
тальных установок. Появилась возможность ездить в командировки и установить научные связи с коллективами из ближних городов. В 1997 году сотрудники университета приняли участие в конференциях, проводимых Ивановским энергетическим институтом и Ивановским химико-технологическим университетом. В том же году началось плодотворное сотрудничество с кафедрой технологии обработки металлов потоками высоких энергий Московского авиационно-технологического института, включая участие в проводимых коллегами конференциях.
В конце 1990-х годов студенты физико-математического факультета, занимающиеся электролитно-плазменной обработкой, участвовали в конкурсе грантов, который стала проводить областная администрация для молодых исследователей. Первыми лауреатами стали И. Глотова (1999 г.), М. Колчина (2000 г.) и другие студенты, указанные в таблице 1. Средства грантов были израсходованы на приобретение современного оборудования. Полученные научные результаты послужили основой
□ Доклады ■ Статьи
0
1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 Рис. 1. Динамика публикаций исследовательской группы КГУ
первой кандидатской диссертации, которую подготовил и успешно защитил А.Б. Белихов в 2000 г.
Кадровый состав исследовательской группы серьёзно усилился, когда научной работой стали заниматься студенты 3 курса в 2001 году, среди которых следует отметить С.Ю. Шадрина, И.Г. Дьякова и А.В. Жирова. К настоящему времени они выросли в самостоятельных исследователей, успешно защитивших кандидатские диссертации. Вскоре электролитно-плазменной тематикой стали заниматься преподаватели кафедры химии: А.Р. Наумов и С.А. Кусманов.
К этому времени была создана лаборатория металлографии, оснащенная современными микроскопами МЕТАМ РВ-21 и микротвердомерами ПМТ-3М. Устройства сопряжения с персональным компьютером позволяли осуществлять оцифровку изображений микроструктур и проводить автоматизированный количественный и качественный фазовый металлографический анализ. Лаборатория стала активно использоваться в учебном процессе, студенты специализации «Физическое материаловедение» получили возможность изучать дисциплины специализации и проводить исследования в рамках курсовых и дипломных работ. В 20022003 гг. были выполнены исследования микроструктуры художественных изделий по договору с КГТУ, в 2004 году проделан анализ археологических образцов, представленных историческим факультетом КГУ.
Одновременно с металлографической лабораторией была создана и механическая мастерская, в которой изготавливаются образцы для металлографического анализа и механических испытаний. Мастерская оснащена токарным и сверлильным станками, оборудованием для механической шлифовки, механической и электрохимической полировки.
В 2002 г. по заданию ректора КГУ Н.М. Рассадина были отремонтированы помещения цоколь-
ного этажа корпуса «А», где разместилась новая лаборатория анодной химико-термической обработки. В ней продолжали работать серийные установки «УХТО» и «АТО», а также лабораторные установки, изготовленные силами сотрудников лаборатории. В 2003 г. к ним добавилась малогабаритная установка нового поколения, разработанная и изготовленная ООО «Технолог» (г. Геленджик) по нашему техническому заданию. Пожалуй, с этого момента можно говорить об устойчивой исследовательской группе, которая являлась прообразом научной школы.
Полученные результаты. Основным элементом любой научной деятельности принято считать публикации. Именно в них происходит осмысление первичных материалов, полученных экспериментальными или теоретическими методами. При подготовке статьей и даже кратких тезисов доклада выявляются недоработки и недостатки выполненного исследования, а также проясняются планы дальнейших действий. Именно публикации становятся основой для подготовки монографий, диссертаций, научных отчётов и заявок на получение грантов.
Сегодня в базе данных кафедры находятся 194 печатных работы, связанных с электролитноплазменной обработкой, не считая восьми статей, направленных нами в научные журналы, и пяти докладов, представленных на осенние конференции 2013 года. Основную массу составляют тезисы докладов. Кроме них, вышло в свет 47 статей в рецензируемых журналах (в том числе 12 - из баз данных Web of Science и Scopus), 3 монографии и 2 патента. Динамика активности публикаций демонстрирует некоторый рост с течением времени (см.: рис. 1).
География конференций, в которых участвовали наши представители, имеет тенденцию к расширению. Первыми были научные мероприятия
Таблица 2
Автор Название Год защиты
1. А.Б. Белихов Анодная цементация материалов на основе железа с целью повышение их износостойкости 2000
2. И.Г. Дьяков Повышение однородности эксплуатационных свойств деталей, упрочненных электрохимико-термической обработкой 2006
3. С.Ю. Шадрин Разработка скоростной анодной цементации малоуглеродистых сталей путём их нагрева в барботируемом водном электролите 2006
4. Т.Л. Мухачева Повышение механических и антикоррозионных свойств технологической оснастки с помощью анодной нитроцементации 2009
5. С.А. Кусманов Совершенствование анодной цементации малоуглеродистых сталей с помощью модификации состава электролита 2010
6. А.В. Жиров Повышение качества технологической оснастки текстильных машин путем анодной термообработки в водных электролитах 2012
7. А.О. Комаров Совершенствование анодной термической обработки на основе повышения однородности нагрева с помощью распределенного обтекания изделия раствором электролита 2012
Таблица 3
Выполненные проекты
Наименование проекта Сроки выполнения Объем средств, млн. руб. Финансист
1. Оптимизация гидродинамических условий анодного нагрева деталей приборов в водных электролитах (Т02-08.0-3151) 2003-2004 0,132 Минобразования РФ
2. Исследование закономерностей фазовых и структурных изменений в поверхностных слоях стальных и титановых сплавов при их скоростном нагреве в водных растворах электролитов 2004-2005 0,316 Минобразования РФ
3. Электрохимическая модификация стальных и титановых поверхностей 2006-2007 0,541 Минобразования РФ
4. Электрохимические процессы при анодном электролитном нагреве 2008-2009 1,463 Минобразования РФ
5 Механизм образования оксидного слоя и его влияние на электрохимико-термическую обработку металлов и сплавов (09-08-99069-р офи) 2009-2010 0,62 РФФИ
6. Управление характеристиками электрохимикотермического упрочнения металлов и сплавов изменением гидродинамических условий анодного нагрева 2010-2011 1,251 Минобразования РФ
7. Изучение транспортировки насыщающих компонентов при электрохимико-термической модификации металлов и сплавов 2012-2013 1,851 Минобразования РФ
в Костроме, далее в Иваново, Рыбинске, Москве. Потом в Минске, Кишинёве, Пензе, Донецке, Севастополе, и так вплоть до городов Тэгу (Южная Корея) и Ухань (Китай). Приведём перечень наиболее представительных:
1. Международная научно-техническая конференция «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей»; Кострома, 2003, 2007, 2010.
2. Международная научная конференция «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии»; Плёс Ивановской обл., 2008, 2010-2012.
3. Украинский съезд электрохимиков; Днепропетровск, 2011 (Украина).
4. International Conference BALTRIB; Kaunas, 2011 (Литва).
5. International conference on material science and condensed matter physics; Chisinau, 2012 (Молдова).
6. Международный семинар «Science and Technology of Advanced Functional Materials» (ISTC-Korea DGIST Workshop); Daegu, 2012 (Южная Корея).
7. Международная конференция «Spring World Congress on Engineering and Technology»; Wuhan, 2013 (Китай).
Значительная часть указанных публикаций послужила основой для подготовки кандидатских диссертаций, успешно защищенных в диссертационном совете Рыбинской государственной авиаци-
онной технологической академии (ныне - университете) по специальности 05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов и сплавов (см.: табл. 2).
В 2003 году состоялась первая Международная научно-техническая конференция «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей», организованная Костромским государственным университетом им. Н.А. Некрасова. Было представлено и принято оргкомитетом 74 доклада из 27 организаций России, Украины, Белоруссии, Молдовы, Турции. С тех пор конференция регулярно проводится один раз в три года. В текущем, 2013 году, она будет проводиться в городе Плёс Ивановской области совместно с Институтом химии растворов Российской академии наук.
Также с 2003 года появилось регулярное внешнее финансирование проводимых научных исследований (см.: табл. 3). Дополнительные средства расходовались на приобретение оборудования, научные командировки, расходные материалы и оплату исполнителей.
Основой исследовательской группы являются преподаватели кафедры общей и теоретической физики и кафедры химии. В настоящее время научной работой занимаются не только преподаватели, но и аспиранты, магистранты и студенты Костромского государственного университета. Имеются также совместные работы с научными коллективами других организаций, среди которых важ-
нейшими являются: «МАТИ» - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ивановский государственный химико-технологический университет, Институт химии растворов РАН им. Г.А. Крестова (Иваново), Институт прикладной физики АН Молдовы, Рыбинский государственный авиационный технологический университет имени П.А. Соловьева, Костромской государственный технологический университет.
Имеющиеся проблемы. Их можно условно разделить на общероссийские и региональные. Первостепенной по значимости проблемой, отмечаемой подавляющим большинством российских исследователей, является застой производящей экономики, а в ряде отраслей и прогрессирующая деградация. То есть главная проблема лежит вне собственно науки и не может быть решена силами научных работников. Отсутствие сбыта уже полученных научных результатов, а также отсутствие задач, поставленных производством, парализуют постановку задач и выбор целей.
Второй, также всеобщей, проблемой является вопрос кадрового обеспечения. Уровень отечественного образования, к сожалению, снижается. Это характерно для подавляющего большинства высших учебных заведений и в еще больше степени для средних школ. Отрицательную роль играет и значительная переориентация выбора профессий молодыми людьми. Стремление к созидательному труду, в том числе и к научному, серьезно снижено. Наоборот, слишком многие молодые люди считают допустимым, или даже престижным, труд в сфере распределения или обслуживания. Этот род деятельности, сам по себе полезный и необходимый, не способен быть основой жизни общества.
Третьей проблемой является совершенно недостаточное по сравнению с большинством культурных и развитых стран финансирование научных исследований, как фундаментальных, так и прикладных. Существуют немногочисленные исключения. Ведущие российские вузы получают значительные средства для научной деятельности, но под действием двух первых, нерешенных проблем даже достаточное финансирование не приносит адекватного положительного результата. Здесь же следует отметить и характер распределения средств, выделяемых на науку. Передовые научные страны обеспечены современным оборудованием в гораздо большей степени, нежели исполнителями. Это дает возможность привлекать квалифицированные кадры со всего мира, контролируя при этом все знание, получаемое интернациональными коллективами. Для таких коллективов характерно практически полное информационное обеспечение печатными и электронными источниками. Стоимость современных научных журналов весьма велика, по-
этому большинство российских вузов не может получить доступ к необходимым изданиям и даже отдельным публикациям без дополнительной, довольно высокой оплаты.
Обозначим региональные проблемы, характерные для нашего университета. Выше отмечалось, что руководство КГУ и лично ректор Н.М. Рассадин на протяжении периода, охватывающего всю историю существования исследовательской группы, оказывали значительную помощь всеми доступными средствами. Тем не менее дальнейшее развитие требует освоения новых территорий и создания новых лабораторий. Положение усложняется тем, что в нашем университете, занимающем исторически ценные здания прошлых веков, очень мало площадей, отвечающих современным требованиям к научной лаборатории. Численность исполнителей, участвующих в экспериментальной работе, считая студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей, продолжает расти, что требует увеличения количества действующих установок и занимаемой ими площади.
Второй проблемой является снабжение лабораторий оборудованием, материалами и реактивами. Современные приборы очень дороги, их приобретение неподъемно для большинства периферийных вузов, но и вряд ли оправдано для эксплуатации в небольших коллективах. Частично проблема решается помощью центров коллективного пользования в ближних городах и дружественными отношениями с крупными вузами, где имеется необходимое оснащение. Сложнее обеспечение материалами и реактивами. Для их приобретения вполне достаточно средств, гораздо труднее найти торгующую организацию.
Третью проблему можно назвать информационной, коль скоро речь пойдет о публикациях научной продукции. Наука как система знаний всегда была, есть и будет международной. Наука как система учреждений, получающих новое знания, всегда специфична. В эпоху СССР наша страна в научном отношении была самодостаточной, но не изолированной от мира. Лучшие исследователи, не связанные с закрытыми разработками, печатались в ведущих международных журналах и имели всемирное признание. Ведущие вузы, академические институты и значительное число библиотек получали основные научные и научно-технические журналы, как отечественные, так и зарубежные. Центральные библиотеки имели возможность выписывать почти всё, сколь-нибудь значительное в мире науки и техники.
В настоящее время Россия утратила научную самодостаточность, ее вклад в мировую науку существенно снизился. Соответственно сократился и доступ к научным журналам, включая электронные версии научных статей в Интернете. Их можно получить за деньги, стоимость одной статьи
обычно составляет десятки долларов. Для заведомо ценной статьи это приемлемая цена, но оплатить все публикации в изучаемой области невозможно. Часть статей можно найти в Государственной публичной научно-технической библиотеке (ГПНТБ), иногда удается получить помощь от друзей, которые проходят стажировку в научных центрах развитых стран и имеют доступ к зарубежным базам данных. Однако информационное обеспечение нельзя считать достаточным.
Частью информационной проблемы следует считать затруднения с публикацией статей наших авторов в иностранных журналах. Такие статьи, ранее желательные, постепенно становятся необходимыми. На этом пути много препятствий - не всегда достаточный уровень научных исследований, качество и новизна оборудования, знание иностранных стандартов, часто отличающихся от российских. Но есть и еще одна трудность - владение английским языком, который уже много лет господствует в научном информационном пространстве. Здесь уровень преподавания в нашем университете очень сильно отстает от большинства российских учебных заведений. До сих пор студенты-первокурсники КГУ продолжают изучать те языки, которые достались им в средней школе. Не берусь судить, в какой мере это приемлемо для гуманитарных специальностей, но в естественнонаучных и технических вузах России такого нет уже несколько десятилетий!
Сегодня в научном коллективе КГУ делаются первые шаги в сторону подготовки публикаций международного уровня. Лишь в последние годы появились статьи, самостоятельно написанные авторами на английском языке, либо с помощью служб перевода. Имеются также единичные примеры выступлений на международных конференциях.
Перспективные планы. Текущие планы развития в определенной степени связаны с имеющимися проблемами и направлены на их преодоление. Прежде всего, необходим более значимый и желательно необратимый выход на международную арену. Тематикой исследований, близкой к нашей, занимаются ученые Великобритании, США, Канады, Германии, Турции, Ирана, Казахстана, Индии, Китая, Японии, Чили, Белоруссии, Молдовы, Румынии, Украины. Связи с зарубежными научными коллективами довольно слабые или практически отсутствуют. Для обретения личных контактов целесообразно хотя бы участвовать в совместных конференциях, но такие форумы найти нелегко. Все авторы заявляют свои доклады независимо друг от друга, и только после окончательного формирования программы конференции можно узнать состав участников. Не приводили к успеху и немногочисленные попытки пригласить иностранцев на конференции в России. Но действовать в этом направлении нужно, надеясь установить кон-
такты с заинтересованными исследовательскими группами вплоть до обмена специалистами и участия в совместных проектах.
В рамках этой задачи планируется увеличить число публикаций в международных журналах, расширяя круг исполнителей, способных готовить статьи на английском языке, хотя бы с последующей правкой специалистами. Значительным подспорьем была бы организация отдела переводов иностранных статей на русский, и подготовленных в КГУ - на английский. Бакалавры и магистранты естественнонаучных и технических специальностей должны изучать только английский язык.
Уровень исследований, а также рейтинг КГУ, бесспорно, вырастут, если перспективные исследователи подготовят и защитят докторские диссертации. Для этого есть почти все необходимые условия: базовое лабораторное оборудование, связи в диссертационных советах, небольшое, но достаточное финансирование научных исследований.
Подготовке диссертаций, кандидатских и докторских, будет способствовать планируемое создание малого инновационного предприятия, направленного на создание и реализацию опытно-промышленных и лабораторных установок электролитно-плазменной модификации изделий. В случае успешного функционирования такого предприятия университет может получить дополнительные средства, а исполнители - практическую апробацию фундаментальных исследований и прикладных разработок.
Важнейшие публикации
1. Белкин П.Н., Дьяков И.Г., Жиров А.В., Кус-манов С.А., Мухачева Т. Л. Влияние составов рабочих электролитов на характеристики анодной цементации // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2010. - Т. 46. - № 6. - С. 645-650.
2. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В. Б., Крит Б. Л., Борисов А. М. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. Т. I. - М.: Техносфера, 2011. - 464 с.
3. S.Yu. Shadrin, P.N. Belkin. Analysis of models for calculation of temperature of anode plasma electrolytic heating // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2012. - 55. P. 179-186.
4. Патент РФ 124682 (C21D 1/00). Комаров А.О., Мухачева Т.Л., Белкин П.Н. Устройство электролитного нагрева металлических изделий / Опубл. в Бюл. № 4, 10.02.2013.
5. E.P. Grishina, N.O. Kudryakova, P.A. Rumyantsev, A.V. Zhirov, Y.P. Gladiy, P.N. Belkin. Photoelectrochemical Properties of Oxide Films Formed by Anode Plasma Electrolytic Oxidation on Titanium in Water Solutions // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. - 2013. - 49(1). - P. 83-90.
6. P. Belkin, S. Kusmanov, A. Naumov, Yu. Parkaeva. Anodic Plasma Electrolytic
Nitrocarburizing of Low-Carbon Steel // Advanced Materials Research. - 2013. - 704. - P. 31-36.
7. P. Belkin, A. Naumov, S. Shadrin, I. Dyakov, A. Zhirov, S. Kusmanov, T. Mukhacheva. Anodic
Plasma Electrolytic Saturation of Steels by Carbon and Nitrogen // Advanced Materials Research. - 2013. -704. - P. 37-42.
УДК 544.6; 620.1
Кусманов Сергей Александрович
кандидат технических наук [email protected]
Дьяков Илья Геннадьевич
кандидат технических наук igdyako v@mail. ш
Наумов Александр Рудольфович
кандидат химических наук [email protected]
Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АНОДНОЙ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ
Представлены сведения о химических и электрохимических процессах, происходящих при анодной электролитно-плазменной обработке сталей в водных растворах электролитов.
Ключевые слова: электролитно-плазменная обработка, анодный нагрев, диффузионное насыщение, высокотемпературное окисление, анодное растворение, растворы электролитов.
Введение
Анодная электролитно-плазменная обработка (ЭПО) представляет собой один из видов электрохимико-термической обработки, при которой деталь-анод разогревается до 450-1050 °С, если ее размеры гораздо меньше, чем размеры катода. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка (ПГО), образующаяся при подаче напряжения от 150 до 300 В и отделяющая анод от электролита. При этом становится возможным скоростное диффузионное насыщение обрабатываемой поверхности атомами легких элементов, то есть цементация, азотирование, нитроцементация и другие процессы.
Применяемые электролиты содержат компоненты, обеспечивающие электропроводность и модифицирование поверхности. Для этого чаще всего используют водные растворы хлорида аммония с добавлением насыщающего компонента. Выбор хлорида аммония в качестве электропроводящего компонента обусловлен достаточной электропроводностью раствора (до 200 мСм/см при концентрации 10% масс.) и низкой температурой возгонки (337,6 °С), предотвращающей его кристаллизацию на поверхности анода [5]. Наиболее изучены электрохимические процессы при анодной цементации и нитроцементации малоуглеродистых сталей, разработана широкая гамма насыщающих веществ, в ряде случаев определены потенциалы насыщающих атмосфер и эксплуатационные характеристики модифицированных материалов [2; 8; 15].
Кроме диффузионного насыщения поверхности может происходить ее высокотемпературное
окисление парами воды и растворение материала анода [13]. Следствием этого является изменение состава электролита, определяемое электрохимическими процессами на межфазных границах (анод-ПГО и ПГО-раствор), а также эмиссией ионов с парами воды из раствора через ПГО и с поверхности нагретого электролита.
В работе обобщены сведения о химических и электрохимических процессах в единую электрохимическую модель анодной ЭПО.
Закономерности анодного растворения стали
Анодная ЭПО деталей в водных электролитах всегда сопровождается изменением их массы. Причиной этого являются химические и электрохимические реакции, обусловленные переносом анионов электролита через ПГО. Изменение массы анода отражает конкуренцию двух процессов: анодного растворения, обеспечивающего перенос ионов металла в электролит, и поверхностного окисления, связанного с поступлением кислорода в поверхностный слой образца. Уменьшение массы стальных образцов за счет анодного растворения всегда превышает прирост массы за счет их окисления [6]. Положительным технологическим результатом анодного растворения оказывается снижение шероховатости поверхности обрабатываемой стальной детали, закругление кромок и снятие заусенцев [13].
Процесс анодного растворения принято характеризовать величиной выхода по току или скоростью растворения. Установлено, что формально определяемый выход железа по току зависит от состава раствора, его концентрации и температуры, а также от температуры нагреваемого анода [4].
