Підвищення корозійно-механічної зносостійкості металевих сплавів азотуванням в тліючому розряді

Анотація

Метою роботи є комплексний аналіз процесів безводневого азотування та карбоазотування у тліючому розряді, узагальнення закономірностей формування нітридних і карбонітридних шарів на сталях і титанових сплавах, а також оцінювання їх корозійно-механічної зносостійкості в умовах тертя, фретингу, кавітації та дії агресивних середовищ. Окрема увага приділена застосуванню моделі Пастуха І.М. для інтерпретації кінетики та енергетичних механізмів дифузійних процесів. У статті проведено порівняльний аналіз структурно-фазових перетворень при азотуванні і карбоазотуванні в безводневому тліючому розряді, виконано систематизацію експериментальних даних щодо мікротвердості, електрохімічних характеристик і корозійно-механічної зносостійкості. Методологічною основою теоретичної частини є енергообмінна модель Пастуха І.М., що описує вплив активних частинок плазми на швидкість дифузії та фазоутворення. Показано, що безводневе азотування забезпечує інтенсифіковану дифузії азоту, формування стабільних нітридів TiN, Ti₂N, ε-(Fe₂–₃N), γ'-(Fe₄N) та усунення водневої крихкості. Установлено, що карбоазотування створює багатошарові карбонітридні структури з твердістю 900–1300 HV та високою адгезією до основи. Модифіковані шари демонструють 3–6-кратне підвищення зносостійкості, 2,5–4-кратне зменшення кавітаційного руйнування та значне зниження корозійного струму у NaCl та NaOH. Виявлено зміну механізмів руйнування з крихкого та адгезійного на пластично-деформаційний. Показано відповідність експериментальних закономірностей для формування карбоазотованих шарів. Доведено ключову роль іонного бомбардування у формуванні дефектної підзони, що визначає кінетику дифузії та стабільність фаз. Результати можуть бути використані при проектуванні зносостійких елементів машин, медичних імплантів, деталей для кавітаційних вузлів, що працюють у лужних та хлоридних середовищах. Технології безводневого азотування та карбоазотування визначені як високоефективні, економічно доцільні та придатні до промислового застосування