Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анодная цементация углеродистых сталей в водных электролитах 12
1.1. Основы анодного электролитного нагрева 12
1.2. Процессы переноса в парогазовой оболочке и поверхностной зоне детали-анода 23
1.3. Кинетика диффузии углерода в сталь и фазовый состав диффузионных слоев 37
1.4. Свойства цементованных слоев 48
1.5. Состояние вопроса, цель исследования и постановка задачи 53
Глава 2. Методика исследований 59
2.1. Установка анодного нагрева 59
2.2. Методы измерения электрических, тепловых и гидродинамических характеристик анодного нагрева 61
2.3. Выбор исследуемых составов электролитов 61
2.4. Методы химического анализа электролитов 64
2.4.1. Определение содержания железа в пробах электролитов гравиметрическим методом 64
2.4.2. Определение массовой концентрации аммиака и ионов аммония (суммарно) фотометрическим методом 66
2.4.3. Определение содержания хлорид ионов в пробах электролита аргентометрическим методом 69
2.4.4. Определение содержания сахарозы в пробах электролитов иодометрическим содовым методом 71
2.4.5. Определение содержания глицерина в пробах электролитов титриметрическим методом 72
2.4.6. Определение содержания ацетона в пробах электролитов иодометрическим методом 75
2.4.7. Определение содержания этиленгликоля в пробах электролитов иодометрическим методом 76
2.4.8. Определения электропроводности и рН раствора 77
2.5. Методы изучения структуры и фазового состава цементованных слоев 78
Глава 3. Влияние состава и свойств электролита на характеристики анодной цементации 81
3.1. Влияние углеродсодержащей добавки на вольт-температурные и вольт-амперные характеристики нагрева 81
3.2. Зависимость скорости насыщения стали углеродом от состава электролита и режима обработки 83
3.3. Влияние концентрации компонентов электролита на толщину цементованного слоя и теплофизические параметры нагрева 99
3.4. Влияние составов электролитов и условий цементации на механические свойства стальных изделий 109
Выводы к главе 3 113
Глава 4. Разработка составов электролитов для анодной цементации и технологических рекомендаций по их использованию 115
4.1. Химические и электрохимические реакции при анодном нагреве сталей в электролитах для цементации 115
4.2. Выработка электролита. Факторы, влияющие на работоспособность электролита 132
4.3. Разработка составов электролитов для анодной цементации и корректирующих действий при их эксплуатации 140
4.4. Технологические рекомендации по использованию электролитов 144
4.5. Разработка технологии упрочнения технологической оснастки, применяемой на предприятии ООО «ТМЗ» 147
Выводы к главе 4 149
Заключение 151
Список использованных источников 155
Приложение
- Процессы переноса в парогазовой оболочке и поверхностной зоне детали-анода
- Методы измерения электрических, тепловых и гидродинамических характеристик анодного нагрева
- Зависимость скорости насыщения стали углеродом от состава электролита и режима обработки
- Выработка электролита. Факторы, влияющие на работоспособность электролита
Введение к работе
Актуальность работы. Современное развитие промышленности требует новых высокопрочных и стойких материалов. Высокие эксплуатационные характеристики многих деталей машин связаны с их поверхностными свойствами. Нагрев стальных деталей в электролитной плазме при анодном процессе позволяет осуществить высокоскоростную термическую и химико-термическую обработку, что дает возможность сократить время обработки от нескольких часов до нескольких минут. В последние годы получила определенное распространение анодная цементация малоуглеродистых и нитрозакалка среднеуглеродистых конструкционных сталей.
В качестве электролитов для анодной цементации используются водные растворы с различной концентрацией хлорида аммония и углеродсодержащих добавок. Недостатком применяемых электролитов является ограничение толщины упрочненного слоя (до 0,1 мм за 10 мин обработки), отсутствие обоснованных рекомендаций по корректировке их состава, изменяющегося в процессе эксплуатации. Следствием этого является сниженная воспроизводимость результатов упрочнения при обработке партии изделий. Поэтому дальнейшее развитие технологии анодной цементации сдерживается отсутствием обоснованных составов рабочих электролитов, предназначенных для повышения ресурса изделий из малоуглеродистых сталей с помощью анодной цементации.
Цель диссертационной работы: совершенствование анодной цементации малоуглеродистых сталей с помощью модификации состава электролита.
Для реализации данной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Определить влияние состава и концентрации компонентов электролита на теплофизические параметры нагрева и характеристики модифицированного слоя после анодной цементации.
-
Изучить химические и электрохимические процессы, протекающие в растворах электролитов, парогазовой оболочке и на поверхности анода при анодной цементации.
-
Исследовать зависимость механических свойств стальных деталей от режима науглероживания в электролитах различного состава.
-
Определить факторы, влияющие на работоспособность электролитов для цементации. Предложить методы корректировки состава электролитов.
-
Разработать технологические рекомендации по составам электролитов для анодной цементации и их использования для упрочнения изделий из конструкционных сталей.
Направление исследований: оптимизация составов электролитов для анодной цементации с целью улучшения прочностных характеристик изделий из малоуглеродистых сталей.
Методы исследований: экспериментальные данные получены на опытно-промышленных и специально созданных лабораторных установках с помощью стандартных и современных методик металлографического анализа (микроскопы METAM PB-21, Axiostar plus Zeiss, ПМТ-3), химического анализа, а также измерением механических, энергетических, гидродинамических и физико-химических параметров процесса анодной цементации.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов обеспечивается независимыми методами анализа составов электролитов, современных методов анализа фазового состава и структуры модифицированных сталей, статистической обработкой экспериментальных данных, корректным применением положений теорий анодного нагрева и диффузионного насыщения и подтверждается соответствием полученных результатов ранее опубликованным данным, а также положительным результатом практической реализации результатов исследования.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Закономерности влияния состава электролита на температуру нагрева обрабатываемой детали, плотность тока и углеродный потенциал насыщающей атмосферы, позволяющие управлять характеристиками цементованных слоев.
2. Результаты исследований, доказывающие тормозящее действие поверхностного оксидного слоя и возможность уменьшения его толщины за счет усиления анодного растворения надлежащей модификацией состава рабочего электролита.
3. Комплексный механизм химических процессов в системе раствор – парогазовая оболочка – деталь-анод, позволяющий определить убыль исходных компонентов электролита, его насыщение продуктами растворения детали и разработать рекомендации по корректировке состава для обеспечения его работоспособности.
4. Режимы и составы электролитов, обеспечивающие повышение толщины цементованного слоя и предела прочности малоуглеродистых сталей путем их анодной цементации.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Показано, что влияние состава электролита на температуру нагрева и плотность тока связано с изменением его эмиссионной способности, которая определяет удельную электропроводность анодной парогазовой оболочки и величину выделяемой в ней мощности. Определены возможные температуры нагрева в электролитах изученных составов и необходимые для их достижения напряжения.
2. Обнаружено тормозящее диффузию углерода влияние поверхностного оксидного слоя, толщина которого может быть снижена усилением анодного растворения за счет увеличения содержания хлорида аммония и подбора оптимальной концентрации углеродсодержащего компонента.
3. На основании результатов эксперимента предложен механизм химических процессов при анодной цементации сталей, позволяющий определить динамику изменения состава рабочего электролита и разработать рекомендации по корректировке его состава для сохранения работоспособности. Показано, что убыль хлорида аммония в первую очередь связана с его разложением и испарением продуктов разложения из электролита и, во вторую очередь, с адсорбцией на высокодисперсных нерастворимых соединениях железа. Установлено, что присутствие органических веществ в электролите способствует увеличению нерастворимых форм железа (III), предположительно, за счет образования комплексов железа.
4. Изучены свойства различных электролитов для анодной цементации: насыщающая способность, скорость выработки, энергоемкость и стоимость компонентов. Установлено, что лимитирующим фактором выработки является испарение его летучих компонентов, в том числе воды, приводящее к убыли рабочего раствора. Определены оптимальные концентрации электролитов для анодной цементации на основе 10 %-ого раствора хлорида аммония с добавлением одного из углеродсодержащих компонентов: ацетона – 9,5 %, глицерина – 7,1 %, сахарозы – 6,1 %, этиленгликоля – 7,7 %.
Практическая полезность работы состоит в следующем:
-
Предложены эффективные составы электролитов для анодной цементации малоуглеродистых сталей, позволяющие увеличить продолжительность их эксплуатации и толщины получаемых диффузионных слоев.
-
Выявлены причины снижения работоспособности электролитов и предложены методы корректировки.
-
Разработаны технологические рекомендации по эксплуатации электролитов для упрочнения малогабаритной оснастки машин легкой промышленности.
Реализация результатов. Предложенные технологические рекомендации приняты к внедрению на предприятии ООО «ТМЗ» (г.Кострома) по результатам испытаний в промышленных условиях.
Апробация работы. Основные материалы диссертации обсуждались и докладывались на 5-й, 6-й, 7-й и 8-й Всероссийских с международным участием научно-технических конференциях «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2006, 2007, 2008, 2009), II Международной научно-технической конференции «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (Кострома, 2007), I Международной научной конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (Плес, 2008), Международной научно-технической конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии» (Минск, 2008), Международной научно-технической конференции «Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов и перспективы их развития» (Минск, 2009).
Публикации. По результатам научно-исследовательской работы опубликовано 11 печатных работ (1 статья и 10 тезисов научно-технических конференций).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников (70 наименований), приложения, содержит 171 страницу, 45 рисунков и 14 таблиц.
Процессы переноса в парогазовой оболочке и поверхностной зоне детали-анода
Процесс анодного электролитного нагрева сопровождается как физическими явлениями, такими как образование парогазовой оболочки или изменение температуры анода, так и химическими процессами, связанными с изменением количественного состава электролита и диффузионными процессами на поверхности стали. Все электрохимические реакции, протекающие при анодном нагреве, можно разделить на три основные группы [16]: 1. Диффузионные процессы, связанные с переносом заряда. 2. Реакции анодного насыщения металла анионами из раствора и тесно связанные с ними реакции растворения анода. 3. Побочные реакции, протекающие в растворе электролита. Высокие скорости электролитного нагрева не только сокращают время достижения необходимой температуры детали, но и ускоряют формирование диффузионных слоев. Причиной этого является положительное влияние условий нагрева на некоторые элементарные процессы химико-термической обработки. Взаимодействие насыщающей среды с поверхностью обрабатываемого металла обычно разделяют на следующие стадии [17, 18]. 1. Образование активных веществ в окружающей среде или реакционном объёме. 2. Подвод насыщающего вещества к поверхности металла. 3. Адсорбция активных атомов или молекул поверхностью металла. 4. Химические реакции на поверхности (рост слоя за счёт химической реакции или диффузии), а также образование продуктов реакции, находящихся в адсорбированном состоянии. 5. Десорбция продуктов реакции. 6.
Отвод продуктов реакции из зоны взаимодействия в реакционный объём или окружающую среду. Повышение температуры наиболее действенно, поскольку коэффициент диффузии и константы скоростей реакций связаны с ней экспоненциальной зависимостью. Однако положительный результат достигается лишь при достаточно быстром разогреве. Медленный нагрев приведёт к значительному росту зерна и ухудшению механических свойств, как на поверхности, так и в сердцевине. Следует отметить, что интегральный эффект повышения температуры более сложен, т. к. её влияние на другие стадии неоднозначно. Рост диффузионной подвижности и химической активности сопровождается снижением константы скорости адсорбции при одинаковых характеристиках внешней среды. В общем случае зависимость скорости роста диффузионного слоя от температуры имеет максимум [17]. Судя по экспериментальным данным, химико-термическая обработка при электролитном нагреве выполняется на восходящей ветви этой зависимости, поскольку повышение температуры способствует увеличению толщины диффузионных слоев. Важную роль играет подвод активной среды (стадия 2) и отвод продуктов реакций (стадия 6). От соотношения скоростей доставки активных атомов к поверхности и их диффузии в металл зависит поверхностная концентрация элемента, определяющая толщину диффузионного слоя. Для достижения высокой концентрации насыщающего компонента на поверхности металла необходимо чтобы скорость его адсорбции превышала скорость диффузии. Кроме того, у поверхности обрабатываемого изделия может образовываться область повышенной концентрации продуктов взаимодействия за счёт десорбции. Эти продукты затрудняют доступ насыщающего компонента, снижая длину свободного пробега активных атомов. Поэтому для интенсификации химико-термической обработки используют кипящий, виброкипящий или псевдоожиженный слой, осуществляющий принудительный отвод продуктов реакции и подвод насыщающего вещества [17]. Вероятно, такое же действие оказывает движение парогазовой смеси при электролитном нагреве. Состав парогазовой оболочки определяется, главным образом, тремя процессами: кипением раствора, химическими реакциями продуктов кипения и электрохимическими реакциями на поверхности анода [19]. Парогазовая смесь непрерывно удаляется из оболочки в атмосферу, что обеспечивает постоянство её состава. Эффективность процесса обусловлена малой толщиной парогазовой оболочки, гарантирующей отсутствие застойных областей, которые могут возникать при проведении обработки в больших реакционных объёмах. Процесс цементации осуществляется только в тех растворах, где насыщающее вещество имеет более высокое давление паров, чем у растворителя. Именно соотношение давлений компонентов парогазовой оболочки определяет необходимую концентрацию насыщающего вещества в растворе [20]. Содержание вещества в оболочке определяется его температурой кипения и условиями движения пара, т. е. особенностями подвода насыщающего компонента к обрабатываемой поверхности. Удлинение путей доставки требует повышения концентрации насыщающего вещества в растворе. Примером может служить цементация образца из малоуглеродистой стали, нагреваемого токами высокой частоты. Для насыщения погружённого в раствор неэкранированного образца достаточно 7 % ацетона, для экранированного — 20 %, а для образца, помещённого над поверхностью раствора — 30 % [21]. Испарение жидкости при плёночном кипении приведёт к обогащению парогазовой оболочки низкокипящим компонентом. В качестве примера приводится водный раствор, содержащий 5-7 % ацетона, в котором эффективно выполняется цементация проволоки из малоуглеродистой стали, нагреваемой пропусканием тока до 1000 С в течение 10-100 с. Наоборот, использование раствора ацетона в триэтаноламине приведёт не к цементации, а к окислению стали, поскольку в этой системе низкокипящим компонентом будет вода [22].
Методы измерения электрических, тепловых и гидродинамических характеристик анодного нагрева
Для благоприятной реализации анодного процесса к составу электролитов, используемых при анодном нагреве, предъявляются некоторые требования. Во-первых, электролит должен обладать достаточно высокой электропроводностью (свыше 0,05 Ом"1-см"1). Во-вторых, у электролита должна быть низкая, ниже температуры нагрева анода, температура плавления, сублимации, возгонки, разложения его компонентов, это свойство объясняется ионной проводимостью парогазовой оболочки [59]. В противном случае вещество осаждается на обрабатываемой детали. Это приводит к увеличению общего сопротивления электрохимической ячейки, уменьшению плотности тока, а значит и температуры нагрева вплоть до полного прекращения процесса. В-третьих, электролит должен быть максимально безопасным в работе, так как при достаточно большом перегреве и интенсивном кипении электролита теряется устойчивость парогазовой оболочки, что приводит к беспорядочным скачкам силы тока и разбрызгиванию электролита.
Одними из наиболее употребляемых и дешевых электролитов, удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям, являются электролиты на основе хлорида аммония [3, 27, 39, 41, 51, 60], в его растворах частично изучены закономерности растворения железного анода [2]. Разнообразные составы для многих видов анодной обработки содержат 5—10 % хлорида аммония [1, 27]. Поэтому в данной работе за основу в качестве электролита был использован 10 %-ый водный раствор хлорида аммония. Электролиты, предназначенные для химико-термической обработки, должны обладать всеми вышеперечисленными свойствами, а также содержать вещества, обеспечивающие присутствие насыщающих компонентов в парогазовой оболочке. Для анодной цементации стальных изделий достаточно часто используется водный раствор, содержащий хлорид аммония и, в качестве углеродсодержащего компонента, глицерин [24, 36, 41, 52, 53]. Также проводились попытки использования ацетона [24, 36, 41, 49, 51, 57] и сахарозы (только для железографитов) [36] в качестве донора углерода. В данной работе для химико-термической обработки в качестве электролита используется водный раствор, содержащий хлорид аммония и вышеперечисленные органические компоненты, а также этиленгликоль в различных количественных соотношениях. Выбор исследуемой группы электролитов определяется по ряду критериев (табл. 3).
Транспортировка насыщающего компонента в парогазовую оболочку осуществляется испарением его молекул в электрическом поле. Концентрация углерода в парогазовой оболочке и, в определенной степени, углеродный потенциал насыщающей атмосферы, а также теплофизические параметры нагрева будут зависеть от интенсивности испарения органических молекул. При использовании водных растворов в парогазовую оболочку испаряются молекулы воды, составляющие конкуренцию органическим молекулам. Таким образом, одним из критериев выбора состава электролита послужила температура кипения. В исследуемой группе электролитов представлены органические вещества в широком диапазоне температур кипения. Вязкость электролита будет влиять на электропроводность раствора. Молекулярная масса углеродсодержащих молекул и содержание углерода в них будут определять концентрацию углерода в парогазовой оболочке. Сущность метода. Метод основан на осаждении гидроксидом аммония ионов железа (III) в виде Fe(OH)3 , получении весовой формы Fe203 прокаливанием Бе(ОН)з и пересчете весовой формы на железо.
Зависимость скорости насыщения стали углеродом от состава электролита и режима обработки
Для изучения кинетических характеристик нагрева определялись толщины цементованных слоев при различной продолжительности обработки, распределение концентрации углерода в поверхностном слое, углеродные потенциалы насыщающих атмосфер и эффективные коэффициенты диффузии углерода в сталь при использовании электролитов с различными углеродсодержащими компонентами.
Для определения толщины цементованного слоя цилиндрические образцы из стали 10 после насыщения углеродом закаливались в электролите от температуры насыщения и полировались для металлографического анализа. В качестве травителя использовался 4 %-ый раствор азотной кислоты в этиловом спирте (реактив Курпатова). Шлиф приготовлялся по стандартным методикам. Концентрация углерода на границе мартенситного слоя с ферритно-перлитной структурой принималась равной 0,26 %. В этом случае травлению подвергается только сердцевина образца, имеющая ферритно-перлитную структуру, а поверхностный мартенситный слой не травится. Ввиду четкой границы между ферритно-перлитной структурой и мартенситным слоем за эффективную толщину цементованного слоя принималась толщина мартенситного слоя.
Продолжительность обработки составляла 1, 3 и 7 мин в достижимом для каждого электролита интервале температур: для ацетонового и этиленгликолевого электролитов при 800-900 С, для глицеринового и сахарозного — при 850-1000 С.
Во всех случаях толщина слоя зависела от времени по параболическому закону (рис. 14), что позволяет считать поверхностную концентрацию углерода величиной постоянной [63]. В исследуемом ряду электролитов наибольшее значение толщины слоя при равных условиях нагрева (Г=900С, = 7 мин) было достигнуто в электролите с ацетоном. Для глицеринового и сахарозного электролитов обнаружены более низкие значения толщины цементованного слоя, но близкие между собой для данной температуры и продолжительности нагрева. Наименьшее значение толщины слоя были получены при использовании этиленгликоля.
Однако, в глицериновом и сахарозном электролитах можно увеличить температуру нагрева до 1000 С (рис. 12). Как показало исследование, повышение температуры нагрева приводит к росту толщины цементованного слоя (рис. 15). Так, при использовании глицеринового электролита, значение толщины слоя при 1000 С близко к значению слоя, полученного при цементации в ацетоновом электролите при 900 С. Далее в порядке уменьшения толщины слоя идут сахароза и этиленгликоль. Но в результате повышения температуры нагрева в глицериновом и сахарозном электролитах толщину цементованного слоя можно значительно увеличить.
Выработка электролита. Факторы, влияющие на работоспособность электролита
Работоспособность рабочего раствора определяется как удельное время использования единицы объема электролита при непрерывной химико-термической обработке деталей в данном электролите до снижения показателей свойств поверхностного слоя после обработки на 50 % от первоначальных значений. В литературе [3, 60] предлагаются критерии оценки работоспособности электролитов, основанные на определении оптической плотности раствора в предположении, что она является функцией концентрации Fe(III). Однако следует учитывать, что насыщение раствора железом происходит вследствие растворения материала стального анода, в то время как совокупность всех химических и электрохимических процессов носит комплексный характер (раздел 4.1). Кроме того, определение концентрации железа в растворе электролита после анодного нагрева измерением оптической плотности не представляется возможным в полной мере, так как ионы железа при транспортировке в электролит образуют соединения с различной величиной дисперсности.
Для изучения работоспособности электролита проводилась непрерывная химико-термическая обработка шестигранных образцов из стали 20 длиной 15 мм с размером грани 4 мм. Продолжительность обработки одного образца составляла 10 мин с последующим охлаждением на воздухе. В качестве исследуемых электролитов использовались водные растворы хлорида аммония (10% масс.) с добавлением ацетона, глицерина, сахарозы и этиленгликоля по 10% масс. Исходный объем электролита составлял 3 л. Значения напряжения соответствовали начальной температуре нагрева первого образца 950 С и составляли для электролита с глицерином и сахарозой 210 В, этиленгликолем 260 В. В ацетоновом электролите максимальная температура нагрева была достигнута при подаваемом напряжении 270 В и составляла 930 С - эти значения были приняты за начальные для первого образца. Циркуляция электролита — 3 л/мин была фиксированной в ходе всего эксперимента. Температура электролита определялась на входе в рабочую камеру после циркуляции через теплообменник. Результаты показали, что в процессе эксплуатации исследуемых электролитов температура нагрева, которая является одним из определяющих факторов реализации анодной цементации, изменяется различно для каждого состава, но не снижается ниже 800 С — температуре, достаточной для анодной цементации (рис. 42). При работе глицеринового электролита наблюдалось повышение средней температуры нагрева, которое может быть выражено следующим уравнением регрессии: где Т — средняя температура нагрева, С; t — продолжительность обработки, мин; Т0 — начальная температура нагрева, С. При использовании других составов средняя температура нагрева в процессе эксплуатации рабочего раствора уменьшается согласно уравнениям 4.14 для ацетонового электролита, 4.15 для этиленгликолевого и 4.16 для сахарозного: Изменение плотности тока в системе (рис. 43) коррелирует с изменениями удельной электропроводности растворов (рис. 44), что было показано в главе 3. Характер изменения электропроводности объясняется интенсивностью испарения летучих компонентов электролита (табл. 3). Так ацетон испаряется быстрее воды из-за низкой температуры кипения, что приводит к ускоренному уменьшению концентрации диэлектриков в растворе и увеличению электропроводности. Этиленгликоль и глицерин имеют более высокие температуры кипения, поэтому скорость их испарения будет меньше, чем у ацетона, соответственно и изменение электропроводности в процессе эксплуатации электролитов имеет иной характер. Молекулы сахарозы из раствора в процессе его эксплуатации не испаряются, поэтому электропроводность электролита намного снижается [69]. где х удельная электропроводность, мСм/см; хо удельная электропроводность исходного раствора, мСм/см. В разделе 3.3 было обнаружено, что уменьшение толщины цементованного слоя происходит при концентрации углеродсодержащего компонента в электролите менее 2 % масс. Это значение содержания органической добавки в электролите будем считать порогом насыщающей способности электролита. Химический анализ проб электролитов показал, что на исследуемом временном интервале истощение углеродсодержащих компонентов не превышает критического порога насыщающей способности (рис. 45). Различие скоростей убыли компонентов связано с различными скоростями их испарения из системы, которые, в свою очередь, полностью коррелируют со значениями температур кипения органических веществ (табл. 3).
Изменение концентрации углеродсодержащих компонентов в электролитах можно выразить следующими уравнениями регрессии: 4.21 для сахарозы, 4.22 для глицерина, 4.23 для этиленгликоля и 4.24 для ацетона.
Металлографический анализ образцов показал, что толщина перлитного слоя в процессе эксплуатации электролитов изменяется незначительно, но различна для каждого состава (табл. 10). Так в процессе эксплуатации ацетонового и глицеринового электролитов толщина слоя уменьшается, при эксплуатации сахарозного электролита практически не изменяется, а в случае с этиленгликолевым увеличивается. Это может быть связано суммарно с изменением температуры анода и тока системы [69].
Окончанием эксперимента служило прекращение подачи охлажденного электролита в рабочую камеру вследствие уменьшения объема последнего (скорость убыли объема раствора составила 1 мл/мин). После испарения летучих компонентов раствора достигалось минимальное значение объема электролита, необходимое для его циркуляции в установке.
Результаты исследования показали, что электролиты данного состава обладают высокой работоспособностью — 10 часов непрерывной работы при одноразовой заливке электролита объемом 3 л. Лимитирующим фактором выработки электролита является испарение его летучих компонентов. Особенности каждого состава электролита могут быть использованы в различных условиях их эксплуатации. Электролиты с ацетоном и глицерином обладают высокой насыщающей способностью (табл. 4), их целесообразно использовать для получения цементованных слоев с наибольшей толщиной, но из-за интенсивного испарения ацетона требуется его большее количество в электролите. Сахарозный электролит обладает меньшей насыщающей способностью (табл. 4), но низкая интенсивность убыли сахарозы (рис. 45) и ее стоимость (табл. 3) позволяют использовать данный состав в массовом производстве. При эксплуатации этиленгликолевого электролита увеличивается толщина цементованного слоя (табл. 10), что также позволяет его использовать в непрерывном массовом производстве.
Расчет удельной мощности, выделяемой в парогазовом слое при цементации шестигранных образцов из стали 20 с обрабатываемой площадью 4,03 см" в электролитах с концентрацией углеродсодержащих компонентов 10 % показал, что для цементации в ацетоновом электролите при прочих равных условиях требуются наименьшие энергетические затраты для нагрева до 900 С. Немного большие энергозатраты требуются для нагрева в глицериновом электролите и наибольшие в этиленгликолевом и сахарозном электролитах (табл. 11). Это предопределяет преимущество ацетонового и глицеринового электролитов по энергопотреблению.
