НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

Научный Центр "Износостойкость"

Ионно-плазменное азотирование для повышения износостойкости промышленного оборудования



Сущность проблемы. Повышение коррозионной, термо- и износостойкости, прочности и усталостной выносливости конструкционных материалов обеспечивается различными способами. Среди них широко распространено азотирование - специальная химико-термическая обработка поверхностей с целью придания им свойств, необходимых по условиям эксплуатации. Однако традиционные методы азотирования (газовое, каталитическое газовое, электролитное, нитроцементация) недостаточно энергоэффективны и имеют существенные недостатки.

Решение. Разработана и многократно апробирована инновационная высокоэффективная технология и технологические комплексы для повышения износостойкости промышленного оборудования. Предлагаемая технология основана на применении ионно-плазменного азотирования. В этом случае функциональные поверхности конструкционных материалов  насыщаются азотом в азотосодержащей плазме при температурах от 400 до 1000 0С, в которой возбуждается тлеющий электрический разряд. В результате, в зависимости от характеристик процесса (плотность тока, расход азота, глубина вакуума, добавки технологических газов) обеспечиваются заданные свойства поверхностей. По сравнению с газовым азотированием время обработки – меньше в 2-5 раз, расход рабочих газов – меньше в 20-100 раз, расход электроэнергии – меньше в 1,5-3 раза. По сравнению с закалкой износостойкость – выше в 2-8 раз.

Эффективность:

  • повышение коррозионной, термо- и износостойкости, прочности и усталостной выносливости по сравнению с другими технологиями азотирования;
  • исключение финишной шлифовки за счет практического отсутствия деформации изделий;
  • отсутствие структурных изменений в материалах за счет более низких температур обработки;
  • увеличение пластичности упрочненных слоев;
  • повышение адгезии и упрочения покрытия для последующей обработки поверхностей на основе PVD-технологии;
  • простота и высокая производительность процесса при низких трудозатратах и ресурсоемкости;
  • экологическая безопасность процесса и улучшение условий производства;
  • оптимизация энергоэкономических параметров процессов.

 

Области применения:

  • электро- и теплоэнергетика;
  • транспорт нефти и нефтепродуктов;
  • химическая и пищевая промышленность;
  • промышленные предприятия.

 

Формы сотрудничества:

  1. финишная оптимизация параметров поверхностей изделий под конкретные условия эксплуатации;
  2. промежуточная подготовка изделий перед процессом формирования PVD-покрытий различного назначения.

Исходная микроструктура образца  стали 20Х1, поле обзора 200 мкм

 

Исходная микроструктура образца  стали 20Х1, поле обзора 40 мкм

Микроструктура образца стали 20Х13 после азотирования, поле обзора 40 мкм. Азотированный слой с Cr-N включениями.

 

Микроструктура образца стали 20Х13 после азотирования, поле обзора 50 мкм. Распределение N по глубине.

 

Микроструктура поперечного сечения стали 20Х13 после ионно-плазменной модификации (азотирование + покрытие), поле обзора 19,6 мкм.

 

Микроструктура поперечного сечения стали 20Х13 после ионно-плазменной модификации (азотирование + покрытие), поле обзора 13 мкм. Распределение N+Ti по глубине.