12Х18Н10Т АУСТЕНИТТІ-ТОТ БАСПАЙТЫН БОЛАТТАН ЭЛЕКТРОЛИТТІ-ПЛАЗМАЛЫҚ АЗОТТАУДЫ ЗЕРТТЕУ

Бұл зерттеуде плазманың спектрлік сипаттамаларын, сондай-ақ электролиттік-плазмалық азоттау (EPA) процесінде аустениттік тот баспайтын болатта болатын құрылымдық және фазалық өзгерістерді кешенді талдау нәтижелері келтірілген. Өңдеу 10 минут ішінде 550°C температурада 10% кальцийленген сода (Na₂CO₃), 20% карбамид (CO(NH₂)₂) және 3% аммоний хлориді (NH₄Cl) бар сулы электролитте жүргізілді. Осы жағдайларда қарқынды жарық шығаратын разрядтың тұрақты дамуы байқалды. Өңдеу кезінде жүргізілген оптикалық эмиссиялық спектроскопия азоттың (N I) және n₂ и иондарының қозған түрлерінің, сондай-ақ атомдық оттегінің (O I) және сутектің иондануына сәйкес келетін hα сызығының тән сызықтарының болуын анықтады. Бұл электролит компоненттерінің плазманың түзілуіне және азоттың үлгі бетіне өтуіне белсенді қатысуын көрсетеді. Hα желісінің кеңеюі негізінде (Бальмер сериясы) плазманың электронды тығыздығы есептелді, ол шамамен 8.5 × 10¹⁸ см^⁻3 болды, бұл разрядтың жоғары энергетикалық сипатын көрсетеді. Рентгендік фазалық талдау хром (CrN) және темір (FeN) нитридтері сияқты азотты қосылыстардың, сондай-ақ γ-Fe(N) аустениттік матрицасындағы азоттың қатты ерітіндісінің түзілуін көрсетті. Бұл нәтижелер Болаттың азотпен тиімді қанығуын және оның фазалық құрамының өзгеруін көрсетеді. Растрлық электронды микроскопияны (РЭМ) қолданатын микроқұрылымдық талдау EPA технологиясына тән үш қабатты азотталған қабат құрылымын анықтады, оның ішінде беттік нитридті аймақ, композиция градиенті бар өтпелі аймақ және негізгі бөлігі қанықпаған аустениттік матрица. Сонымен қатар, энергияның дисперсиялық рентгендік талдауы (ЭДТ) қанықтылықтың диффузиялық сипатын көрсететін азоттың концентрациялық градиентінің тереңдігін растады. Нәтижелер төмен температуралы азот бар электролитті пайдаланған кезде электролитплазмалық азоттаудың жоғары тиімділігін көрсетеді және өнімділігі жақсартылған көп фазалы модификацияланған қабатты алу мүмкіндігін растайды.

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.