Применение тлеющего разряда в металлургии.

Азотирование высокопрочного чугуна в тлеющем разряде – такие оригинальные опыты проведены в Московском автомобильнодорожном институте.

Как известно, чтобы сделать металл возможно более твердым, его подвергают термической и химической обработке. Поверхность закаливается; кроме того, детали подвергают цементации, азотированию, борированию и т.д. Смысл этих операций заключается в том, что нагретую до высокой температуры деталь помещают, например, в атмосферу азота. Атомы азота за счет диффузии начинают внедряться в поверхность детали, образуя в этих местах соединения, отличающиеся повышенной прочностью. Чем дольше будет находиться деталь в атмосфере азота, тем глубже будет образовавшийся слой. Практически его толщина не превышает 1 мм, а зачастую достаточно даже и 0,7-0,8 мм. Этой обработке подвергаются и шестерни, и небольшие детали, и огромные коленчатые валы тепловозных двигателей, весящих не одну сотню килограммов. Для того чтобы получить азотированный слой нужной толщины, процесс приходилось вести целых четверо суток. Это, естественно, тормозит интенсификацию технологии.

Экспериментальная установка представляет собой контейнер, из которого выкачан воздух. Сама деталь играет роль катода, а над деталью установлен анод. В контейнер впускают газ аммиак или смесь азота с воздухом. Давление газа составляет 5-8 мм рт. ст. Рабочее напряжение 600-800 в. Между анодом и катодом возникает тлеющий разряд. Собственно говоря, механизм процесса аналогичен обычному – тлеющий разряд разогревает обрабатываемый образец, а атомы азота внедряются в поверхность изделия. Но если в обычных условиях этот диффузионный процесс протекает медленно, то теперь молекулы газа, получив в электрическом поле заряд, начинают интенсивно внедряться в приповерхностный слой. Эффективность этой остроумной идеи несомненна. Если в электропечи, для того чтобы получить азотированный слой глубиной в 0,8 мм, требовалось целых 96 часов, то тлеющий разряд проделывал эту же работу вдвое скорее.

Таким образом можно подвергать химической обработке не только высокопрочный магниевый чугун, но различные стали. Этим же способом можно не только азотировать, но и цементировать (науглероживать) металл и борировать (т.е. вводить элемент бор, также увеличивающий износоустойчивость поверхности) и т.д.