Preview

Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки

Расширенный поиск

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ АУСТЕНИТНОЙ-НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-71

Аннотация

В настоящей работе проведено исследования спектральных характеристик электрического разряда в процессе электролитно-плазменном азотировании, структурные и фазовые изменения, происходящие в аустенитной нержавеющей стали. Обработка проводилась в электролите, содержащем 10% кальцинировання сода (Na₂CO₃), 20% карбамид (CO(NH₂)₂) и 3% аммоний хлорид (NH₄Cl) при температуре 550 °C в течение 10 минут. Эмиссионная спектроскопия показала присутствие активных форм азота (N₂⁺, N I), водорода (Hα) и кислорода (O I) в составе плазмы. Расчёт электронной плотности на основе уширения линии Hα серий Бальмера дал значение порядка 8.5 × 10¹⁸ см⁻³. Рентгенофазовый анализ выявил формирование нитридных фаз CrN и Fe₃N, а также твёрдого раствора азота в γ-Fe. Микроструктурные исследования с помощью РЭМ показали наличие трёхчленной структуры азотированного слоя: нитридной зоны, переходной области и исходный аустенитной матрицы. Энергодисперсионный рентгеновский анализ подтвердил наличие концентрационного градиента азота по глубине.

Об авторах

А. Мәулит
ТОО «Plasma Science»; Шәкәрім университет
Казахстан

Алмасбек Маулит – докторант, научный сотрудник 

Восточно-Казахстанский область, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7Г

Область Абай, г.Семей, ул. Глинки, 20 А



З. А. Сатбаева
ТОО «Plasma Science»; Шәкәрім университет
Казахстан

Зарина Аскарбековна Сатбаева – доктор PhD, Science professor исследовательской школы физических и химических наук; ведущий научный сотрудник ТОО
«PlasmaScience»

Восточно-Казахстанский область, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7Г

Область Абай, г.Семей, ул. Глинки, 20 А



Р. С. Кожанова
ТОО «Plasma Science»; Шәкәрім университет
Казахстан

Рауан Сабырбековна Кожанова – докторант; старший научный сотрудник

Восточно-Казахстанский область, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7Г

Область Абай, г.Семей, ул. Глинки, 20 А



Д. Р. Байжан
НАО "Шәкәрім университеті"
Казахстан

Дарын Рашидұлы Байжан – докторант

 Область Абай, г. Семей, ул. Глинки, 20 А 



А. С. Рүстемов
ТОО «Plasma Science»
Казахстан

Ануар Саятбекұлы Рүстемов – студент специальности «Техническая физика»; ВКТУ им. Д. Серикбаева, инженер 

Восточно-Казахстанский область, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7Г



Список литературы

1. Corrosion performance of cold deformed austenitic stainless steels for biomedical applications / M. Talha et al // Corrosion Reviews. – 2019. – Vol. 37, № 4. – P. 283-306. https://doi.org/10.1515/corrrev-2019-0004.

2. Narayan R.J. Medical application of stainless steels / R.J. Narayan // ASM Handbook. – 2012. – Vol. 23. – P. 199-210. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v23.9781627081986.

3. Borgioli F. From austenitic stainless steel to expanded austenite-S phase: formation, characteristics and properties of an elusive metastable phase / F. Borgioli // Metals. – 2020. – Vol. 10, № 2. – P. 187. https://doi.org/10.3390/met10020187.

4. Borgioli F. Advances in low-temperature nitriding and carburizing of stainless steels and metallic materials: formation and properties / F. Borgioli, S. Adachi, T. Lindner // Metals. – 2024. – Vol. 14, № 10. – P. 1179. https://doi.org/10.3390/met14101179.

5. Enhanced plasma nitriding efficiency and properties by severe plastic deformation pretreatment for 316L austenitic stainless steel / Y. Lu et al // J. Mater. Res. Technol. – 2021. – Vol. 15. – P. 1742-1746. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.08.082.

6. Enhancement of wear resistance by sand blasting-assisted rapid plasma nitriding for 304 austenitic stainless steel / D. Li et al // Surf. Eng. – 2020. – Vol. 36. – P. 524-530. https://doi.org/10.1080/02670844.2019.1641953.

7. Stability of expanded austenite by gas nitriding process on austenitic stainless-steel material under low temperature conditions / T.L. Deepak et al // Mater. Today Proc. – 2020. – Vol. 27. – P. 1681-1684. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.571.

8. Hannula S.P. Surface structure and properties of ion-nitrided austenitic stainless steels / S.P. Hannula, P. Nenonen, J.P. Hirvonen // Thin Solid Films. – 1989. – Vol. 181. – P. 343-350. https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90502-6.

9. Borgioli F. Influence of surface morphology and roughness on water wetting properties of low temperature nitrided austenitic stainless steels / F. Borgioli, E. Galvanetto, T. Bacci // Mater. Charact. – 2014. – Vol. 95. – P. 278-284. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2014.07.006.

10. Wang L. Effect of nitriding time on the nitrided layer of AISI 304 austenitic stainless steel / L. Wang, S. Ji, J. Sun // Surf. Coat. Technol. – 2006. – Vol. 200. – P. 5067-5070. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.05.036.

11. Effect of alloying elements and low temperature plasma nitriding on corrosion resistance of stainless steel / Y. Liu et al // Materials. – 2022. – Vol. 15. – P. 6575. https://doi.org/10.3390/ma15196575.

12. The wear and corrosion properties of stainless steel nitrided by low-pressure plasma-arc source ion nitriding at low temperatures / W. Liang et al // Surf. Coat. Technol. – 2000. – Vol. 130. – P. 304-308. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00713-1.

13. Flis J. Effect of low-temperature plasma nitriding on corrosion of 304L stainless steel in sulfate and chloride solutions / J. Flis, M. Kuczynska // J. Electrochem. Soc. – 2004. – Vol. 151. – P. B573. https://doi.org/10.1149/1.1801352.

14. Plasma electrolytic polishing effect on steel’s surface roughness after cathodic saturation with nitrogen and carbon / S.A. Kusmanov et al // Surf. Eng. Appl. Electrochem. – 2021. – Vol. 57. – P. 513-518. https://doi.org/10.3103/S1068375521050069.

15. Kozhanova R.S. Interaction model of low-temperature plasma with a steel surface during electrolyte plasma nitriding in an electrolyte based on carbamide / R.S. Kozhanova, B.K. Rakhadilov, W. Wieleba // Bull. Karaganda Univ. Phys. Ser. – 2020. – Vol. 100. – P. 39-48. https://doi.org/10.31489/2020ph4/39-48.

16. Generation of a nonequilibrium plasma in heterophase atmospheric-pressure gas-liquid media and demonstration of its sterilization ability / Y.S. Akishev et al // Plasma Phys. Rep. – 2006. – Vol. 32. – P. 1052-1061. https://doi.org/10.1134/S1063780X06120087.

17. Barinov Y.A. Discharge with a liquid nonmetallic cathode (tap water) in atmospheric-pressure air flow / Y.A. Barinov, S.M. Shkol’nik // Technical Physics. – 2016. – Vol. 61. – P. 1760-1763. https://doi.org/10.1134/S1063784216110049.

18. Certain features of multichannel discharge in a tube under atmospheric pressure / G.N.T.E. Samitova et al // High Temperature. – 2011. – Vol. 49. – P. 762-765. https://doi.org/10.1134/S0018151X11050208.

19. Spectral diagnostics of plasma discharge between a metal cathode and liquid anode / A.F. Gaisin et al // High Temperature. – 2017. – Vol. 55. – P. 457-460. https://doi.org/10.1134/S0018151X17030087.

20. Plasma-liquid recycling of metallic powder for 3D printing / A.F. Gaisin et al // Fiz. Khim. Obrab. Mater. – 2023. – № 1. – P. 37-44.

21. Electrical discharge between a metal cathode and a liquid non-metal anode / R.R. Kayumov et al // Plasma Phys. Rep. – 2024. – Vol. 50. – P. 115-121.

22. Electrolytic plasma nitriding of medium-carbon steel 45 for performance enhancement / Z. Satbayeva et al // Crystals. – 2024. – Vol. 14. – P. 895. https://doi.org/10.3390/cryst14100895.

23. NIST Atomic Spectra Database [Electronic resource]. – URL: https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html (accessed: 22.03.2025).

24. Kielkopf J.F. Broadening of hydrogen lines / J.F. Kielkopf // J. Opt. Soc. Am. – 1973. – Vol. 63. – P. 987. https://doi.org/10.1364/JOSA.63.000987.

25. Kasabov G.A. Spectroscopic Tables for Low-Temperature Plasma / G.A. Kasabov, V.V. Eliseev. – Moscow: Atomizdat, 1973. – 240 p.


Рецензия

Для цитирования:


Мәулит А., Сатбаева З.А., Кожанова Р.С., Байжан Д.Р., Рүстемов А.С. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ АУСТЕНИТНОЙ-НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2025;1(4(20)):606-615. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-71

For citation:


Maulit A., Satbayeva Z.A., Kozhanova R., Baizhan D., Rustemov A. THE EFFECT OF THE ELECTROLYTE COMPOSITION ON THE MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF STEEL 45 AFTER CATHODIC ELECTROLYTE-PLASMA NITRIDING. Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. 2025;1(4(20)):606-615. (In Kazakh) https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-71

Просмотров: 15

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2788-7995 (Print)
ISSN 3006-0524 (Online)
X