Mechanical Engineering 211 Наука и техника. Т. 17, № 3 (2018) Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-211-219 УДК 621.9.047.7 Электролитно-плазменное полирование титановых и ниобиевых сплавов Канд. техн. наук, доц. Ю. Г. Алексеев1), канд. техн. наук А. Ю. Королёв1), канд. техн. наук, доц. В. С. Нисс1), инж. А. Э. Паршуто1), асп. А. С. Будницкий1) 1)Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь) © Белорусский национальный технический университет, 2018 Belarusian National Technical University, 2018 Реферат. Титановые и ниобиевые сплавы широко применяются в настоящее время в самолетостроении, атомной энергетике, СВЧ-технике, космической и ультразвуковой технике, а также при производстве изделий медицинского назначения. В большинстве случаев технология изготовления таких изделий предусматривает выполнение качест- венного полирования поверхности. Традиционно для полирования изделий из титановых и ниобиевых сплавов ис- пользуются механические и электрохимические методы. Недостатки механических методов – малая производитель- ность, подверженность внедрению инородных частиц, затруднения при обработке сложных геометрических форм. Для электрохимических технологий указанные материалы являются труднообрабатываемыми, а процессы их полиро- вания требуют применения токсичных электролитов. Традиционно электрохимическое полирование титановых и ниобиевых сплавов осуществляют в кислотных электролитах, состоящих из токсичной плавиковой (20–25 %), сер- ной азотной и хлорной кислот. Недостатки таких растворов – их высокая агрессивность и вред, наносимый производ- ственному персоналу и окружающей среде. Предлагается использовать принципиально новые, разработанные авто- рами статьи режимы электролитно-плазменной обработки с целью электролитно-плазменного полирования и очистки изделий из титановых и ниобиевых сплавов с применением электролитов простого состава на основе водного раство- ра фторида аммония, обеспечивающие существенное повышение качества поверхности с высокой отражательной способностью. За счет применения водного электролита технология обладает высокой экологической безопасностью по сравнению с традиционным электрохимическим полированием. Приводятся результаты исследования влияния характеристик процесса электролитно-плазменного полирования титана и ниобия с применением разработанного режима на производительность, эффективность обработки, качество поверхности, а также на структуру и свойст- ва обрабатываемой поверхности. На основании полученных результатов отработаны процессы электролитно- плазменного полирования ряда изделий из титановых сплавов ВТ6 (Grade 5), применяемых в медицине и авиа- строении. Ключевые слова: электролитно-плазменная обработка, полирование, очистка, титан, ниобий, электролит, шерохова- тость, производительность, плотность тока, напряжение Для цитирования: Электролитно-плазменное полирование титановых и ниобиевых сплавов / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 3. С. 211–219. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-211-219 Electrolyte-Plasma Polishing of Titanium and Niobium Alloys Yu. G. Aliakseyeu1), A. Yu. Korolyov1), V. S. Niss1), A. E. Parshuto1), A. S. Budnitskiy1) 1)Belarusian National Technical University (Minsk, Republic of Belarus) Abstract. Titanium and niobium alloys are widely used at present in aircraft, nuclear energy, microwave technology, space and ultrasonic technology, as well as in manufacture of medical products. In most cases production technology of such pro- ducts involves an implementation of a quality polishing surface. Mechanical and electrochemical methods are conventionally Адрес для переписки Королёв Александр Юрьевич Белорусский национальный технический университет ул. Я. Коласа, 24, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 292-25-98 korolyov@park.bntu.by Address for correspondence Korolyov Aleksandr Yu. Belarusian National Technical University 24 Ya. Kolasa str., 220013, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 292-25-98 korolyov@park.bntu.by Машиностроение 212 Наука техника. Т. 17, № 3 (2018) и Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) used for polishing products made of titanium and niobium alloys. Disadvantages of mechanical methods are low productivi- ty, susceptibility to introduction of foreign particles, difficulties in processing complex geometric shapes. These materials are hard-to-machine for electrochemical technologies and processes of their polishing require the use of toxic electrolytes. Traditionally, electrochemical polishing of titanium and niobium alloys is carried out in acid electrolytes consisting of toxic hydrofluoric (20–25 %), sulfuric nitric and perchloric acids. The disadvantage of such solutions is their high aggressiveness and harmful effects for production personnel and environment. This paper proposes to use fundamentally new developed modes of electrolytic-plasma treatment for electrolyte-plasma polishing and cleaning products of titanium and niobium alloys while using simple electrolyte composition based on an aqueous ammonium fluoride solution providing a significant increase in surface quality that ensures high reflectivity. Due to the use of aqueous electrolyte the technology has a high ecological safety in comparison with traditional electrochemical polishing. The paper presents results of the study pertaining to the effect of titanium and niobium electrolytic-plasma polishing characteristics using the developed mode for productivity, processing efficiency, surface quality, and structure and properties of the surface to be treated. Based on the obtained results, processes of electrolytic-plasma polishing of a number of products made of titanium alloys BT6 (Grade 5), used in medicine and aircraft construction, have been worked out in the paper. Keywords: electrolyte-plasma treatment, polishing, cleaning, titanium, niobium, electrolyte, roughness, productivity, current density, voltage For citation: Aliakseyeu Yu. G., Korolyov A. Yu., Niss V. S., Parshuto A. E., Budnitskiy A. S. (2018) Electrolyte-Plasma Polishing of Titanium and Niobium Alloys. Science аnd Technique. 17 (3), 211–219. https://doi.org/10.21122/2227-1031- 2018-17-3-211-219 (in Russian) Введение Благодаря особым свойствам титановые и ниобиевые сплавы получили в настоящее время широкое распространение при производстве ряда ответственных изделий [1, 2]. Так, титано- вые и ниобиевые сплавы применяются в само- летостроении, атомной энергетике, СВЧ-тех- нике, космической и ультразвуковой технике, а также при производстве изделий медицинско- го назначения [3–5]. В большинстве случаев технология изготовления изделий предусмат- ривает выполнение качественного полирования поверхности. К таким изделиям относятся, например, зубные и костные имплантаты, им- плантаты для травматологии, черепные пласти- ны, фиксаторы позвоночника; турбинные ло- патки авиационных двигателей из титановых сплавов; листы, фольга и проволока, использу- емые для скрепления тканей, нервов, наложе- ния швов, изготовления протезов; детали теп- ловыделяющих и теплообменных элементов ядерно-энергетических систем; детали ускоря- ющих структур коллайдеров. Традиционно для полирования изделий из титановых и ниобиевых сплавов используют- ся механические и электрохимические методы. Недостатки механических методов – малая про- изводительность, подверженность внедрению инородных частиц, затруднения при обработке сложных геометрических форм [6]. Для электро- химических технологий указанные материалы являются труднообрабатываемыми, а процессы их полирования требуют применения токсичных электролитов. Электрохимическое полирование титановых и ниобиевых сплавов осуществляют в кислотных электролитах, состоящих из токсич- ной плавиковой (20–25 %), серной азотной и хлорной кислот [7]. Недостатки таких раство- ров – их высокая агрессивность и вред, наноси- мый производственному персоналу и окружаю- щей среде. В последние годы были разработаны электролиты на основе растворов солей фтора в органических растворителях, таких как метанол или диметилформамид [8], которые также небез- опасны и токсичны. Для снижения экологической нагрузки в ка- честве альтернативы существующим методам электрохимического полирования возможно использование электролитно-плазменной обра- ботки, которая применяется для полирования (электролитно-плазменное полирование – ЭПП), удаления заусенцев и очистки металлических изделий, а также с целью повышения физико- механических и химических свойств поверхно- сти [9]. Кроме того, электролитно-плазменная обработка может применяться для электролит- ного нагрева и электрохимикотермического упрочнения поверхности [10]. Электролитно- плазменная обработка выполняется при напря- жении более 200 В. Режим электролитно-плаз- менной обработки соответствует участку ВС на вольтамперной характеристике анодного процесса в электролите (рис. 1). На практике рабочее напряжение составляет 280–300 В при плотности тока 0,1–0,4 А/см2. В качестве элек- тролитов обычно используются растворы солей концентрацией 3–6 %. Mechanical Engineering 213 Наука и техника. Т. 17, № 3 (2018) Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) Рис. 1. Вольтамперная характеристика анодного процесса в электролите (участок ВС соответствует режиму электролитно-плазменной обработки) Fig. 1. Voltage-current characteristic of anode process in electrolyte (segment BC corresponds to electrolyte-plasma treatment mode) ЭПП по сравнению с механическим и элек- трохимическим полированием обладает рядом существенных преимуществ: высокая экологиче- ская безопасность по сравнению с классическим электрохимическим полированием за счет при- менения электролитов на основе водных раство- ров солей; возможность обработки деталей и из- делий любой конфигурации; возможность полу- чения зеркальной поверхности с высотой микронеровностей вплоть до Ra = 0,01 мкм; устранение в процессе обработки некондицион- ного поверхностного слоя и остаточных на- пряжений, что улучшает физико-механические и химические свойства поверхности; достаточно короткая продолжительность процесса полирова- ния; существенное снижение ручного труда; воз- можность обработки высокотвердых и вязких материалов [11–14]. Однако массовое использо- вание технологии ЭПП ограничивается тем, что в промышленных масштабах к настоящему време- ни освоены процессы ЭПП только небольшого перечня материалов: низкоуглеродистые и корро- зионностойкие стали, алюминиевые сплавы, бронзы и латуни. Технологии обработки таких материалов, как, например, титан и ниобий, отра- ботаны лишь в лабораторных условиях [15] и не получили распространения в промышленности. Для решения указанных проблем предлага- ется использовать принципиально новые, раз- работанные авторами статьи режимы электро- литно-плазменного полирования и очистки изделий из титановых и ниобиевых сплавов с применением электролитов простого состава на основе водного раствора фторида аммония, обеспечивающие существенное повышение ка- чества поверхности с высокой отражательной способностью. За счет применения водного электролита технология обладает высокой эко- логической безопасностью по сравнению с тра- диционным электрохимическим полированием. Разработанный электролит легко корректирует- ся, что позволяет применять процесс для обра- ботки изделий из титановых и ниобиевых спла- вов в промышленных масштабах. Цель работы – исследование влияния харак- теристик ЭПП титана и ниобия с применением разработанного режима на производительность, эффективность обработки, качество поверхно- сти, а также структуру и свойства обрабатыва- емой поверхности. Материалы, оборудование и методы исследований Исследования проводили на плоских образ- цах технически чистого титана ВТ1-0 (Grade 2) размерами 30×15×1,5 мм и технически чисто- го ниобия ВН (Nb-1) размерами 20×30×2 мм. Образцы из титана предварительно были об- работаны шлифовальной бумагой SiC зернис- тостью Р600, образцы из ниобия – шлифоваль- ной бумагой размерностью Р300. Среднее зна- чение шероховатости поверхности Ra исход- ных образцов из титана и ниобия составило 0,365 и 0,706 мкм соответственно. Для выполнения ЭПП использовалась специ- ально разработанная экспериментальная установ- ка, включающая рабочую ванну (катод), нагрева- тель, теплообменник, датчик температуры, си- стему перемешивания электролита (рис. 2). ЭПП образцов выполняли в водном раство- ре фторида аммония (NH4F) концентрацией 4 %. Значение рабочего напряжения изменялось в диа- пазоне от 260 до 300 В с шагом 10 В. Продол- жительность обработки каждого образца 2 мин. При исследовании влияния напряжения на эф- фективность обработки, качество поверхности, производительность обработки температура электролита составляла 90 оС, продолжитель- ность обработки 1, 3 и 5 мин. При исследова- нии влияния плотности тока на эффективность обработки, качество поверхности, производи- тельность обработки регулирование плотности тока осуществлялось путем изменения темпе- ратуры электролита в диапазоне от 75 до 95 оС (величина напряжения составляла 300 В, про- должительность обработки 3 мин). Коммутационный режим Электролитно- плазменная обработка Режим электролиза Т ок Напряжение, В А В С Машиностроение 214 Наука техника. Т. 17, № 3 (2018) и Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) a b Рис. 2. Экспериментальное оборудование для выполнения исследований: а – схема рабочей ванны: 1 – образец (анод); 2 – нагреватель; 3 – система перемешивания электролита; 4 – теплообменник; 5 – датчик температуры; 6 – ванна (катод); b – фотография оборудования Fig. 2. Experimental equipment for research: a – working bath scheme: 1 – sample (anode); 2 – heater; 3 – electrolyte mixing system; 4 – heat exchanger; 5 – temperature sensor; 6 – bath (cathode); b – equipment photo Оценка производительности выполнялась по изменению массы образцов в результате об- работки. Массу образцов до и после обработки определяли с помощью аналитических весов Ohaus Pioneer PA214. Силу тока находили с помощью токовых клещей UNIT-203. Плот- ность тока устанавливалась как отношение си- лы тока к площади обрабатываемой поверхно- сти. Эффективность обработки при различных режимах определялась как отношение измене- ния шероховатости к удельной массе удаленно- го материала в процессе обработки (∆Ra/∆mуд). Микрофотографии поверхности образцов до и после ЭПП получены с помощью сканирую- щего электронного микроскопа VEGA II LMU с микроанализатором INCA350. Результаты и обсуждение Фотографии образцов титана и ниобия до и после обработки представлены на рис. 3. Зависимости плотности тока от рабочего напряжения (вольтамперные характеристики) в процессе ЭПП титана и ниобия, полученные при различных значениях температуры элек- тролита, представлены на рис. 4. Из графиков видно, что с увеличением напряжения плот- ность тока незначительно уменьшается. Это в целом характерно для процессов электролитно- плазменной обработки и связано с тем, что с повышением рабочего напряжения возрастает энергия, выделяющаяся в парогазовой оболоч- ке. Это приводит к росту температуры анода и увеличению толщины парогазовой оболочки. Плотность тока для ниобия соответствует ана- логичным значениям плотности тока при обра- ботке коррозионностойких сталей в 4%-м рас- творе сульфата аммония согласно данным, по- лученным в [13]. Сравнение зависимостей на рис. 4а, b показывает, что для образцов из тита- на плотность тока больше, чем для образцов из ниобия. Так, из экспериментальных данных следует, что, например, при температуре элек- тролита 90 оС плотность тока при обработке образцов из титана в среднем больше на 20,3 %, чем при обработке ниобия. Кроме того, вольт- амперные характеристики для титана являются более пологими, чем для ниобия. Соответ- ственно влияние напряжения на плотность тока для титана менее выраженное. а b Рис. 3. Внешний вид образцов титана (a) и ниобия (b) до и после электролитно-плазменного полирования Fig. 3. Appearance of titanium (a) and niobium (b) samples before and after electrolyte-plasma polishing 6 1 2 3 5 4 (+) (–) Mechanical Engineering 215 Наука и техника. Т. 17, № 3 (2018) Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) а b 220 240 260 280 300 320 Напряжение U, В 220 240 260 280 300 320 Напряжение U, В Рис. 4. Вольтамперные характеристики электролитно-плазменного полирования титана (а) и ниобия (b) при различных значениях температуры электролита Fig. 4. Voltage-current characteristics of titanium (а) and niobium (b) electrolyte-plasma polishing at different values of electrolyte temperature Экспериментальные зависимости удельного съема ∆mуд от рабочего напряжения, полученные для образцов из титана и ниобия при обработке с различной продолжительностью, представле- ны на рис. 5. С увеличением напряжения умень- шается производительность обработки. Зависи- мости удельного съема от напряжения для ти- тана (рис. 5а), как и в случае с зависимостями для плотности тока от напряжения (рис. 4а), яв- ляются более пологими по сравнению с анало- гичными зависимостями для ниобия (рис. 4b, 5b), т. е. соблюдается корреляция между плотностью тока и съемом металла в соответствии с законом Фарадея. Снижение производительности ЭПП с уве- личением рабочего напряжения не обусловли- вает ухудшения качества формируемой поверх- ности, в частности параметра шероховатости Ra. Экспериментальные зависимости, демонстри- рующие динамику изменения шероховатости поверхности Ra при обработке образцов из ти- тана и ниобия, представлены на рис. 6. а b 250 260 270 280 290 300 310 Напряжение U, В 250 260 270 280 290 300 310 Напряжение U, В Рис. 5. Влияние напряжения электролитно-плазменного полирования на удельный съем: a – титан; b – ниобий Fig. 5. Effect of electrolyte-plasma polishing voltage on specific removal: a – titanium; b – niobium а b 0 1 2 3 4 5 6 Продолжительность обработки, мин 0 1 2 3 4 5 6 Продолжительность обработки, мин Рис. 6. Влияние продолжительности электролитно-плазменного полирования на шероховатость поверхности образцов при различных значения напряжения: а – титан; b – ниобий Fig. 6. Effect of electrolyte-plasma polishing duration on surface roughness of samples at different voltage values: a – titanium; b – niobium 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 П ло тн ос ть то ка j, А /с м 2 70 °C 80 °C 90 °C 70 °C 80 °C 90 °C 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 П ло тн ос ть то ка j, А /с м 2 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0 У де ль ны й съ ем ∆ m уд , г/ см 2 5 мин 3 мин 1 мин 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0 У де ль ны й съ ем ∆ m уд , г/ см 2 5 мин 3 мин 1 мин 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 2,2 1,8 1,4 1,0 0,6 0,2 Ш ер ох ов ат ос ть R a, м км Ш ер ох ов ат ос ть R a, м км 260 В 280 В 300 В 260 В 280 В 300 В Машиностроение 216 Наука техника. Т. 17, № 3 (2018) и Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) Из графиков следует, что с увеличением ра- бочего напряжения в исследуемом диапазо- не (от 260 до 300 В) обеспечивается снижение достигаемых значений параметра шерохова- тости поверхности Ra. При этом в результа- те обработки ниобия при значении напряже- ния 260 В вместо полирования происходит растравливание поверхности с увеличением ше- роховатости, а значение параметра шерохова- тости Ra интенсивно увеличивается с повыше- нием продолжительности обработки (рис. 6b). В процессах электрохимической обработ- ки (в том числе электролитно-плазменной) съем металла с поверхности выполняется по закону Фарадея, согласно которому объем (или масса) металла, удаленного с заготовки, прямо пропорционален электрическому заряду, про- шедшему через электролит. Таким образом, чем больше плотность тока, тем выше произво- дительность обработки. Экспериментальные зависимости удельного съема от плотности то- ка для титана и ниобия представлены на рис. 7. Полученные зависимости имеют линейный ха- рактер. Съем металла увеличивается с повы- шением плотности тока. При этом удель- ный съем для образцов из ниобия почти в два раза превышает удельный съем для титана, что связано с более высокими значениями элект- рохимического эквивалента (Ti – 0,162 мг/K, Nb – 0,192 мг/К) [16] и, вероятно, коэффициен- та выхода по току. 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Плотность тока j, А/см2 Рис. 7. Влияние плотности тока на удельный съем Fig. 7. Effect of current density on specific removal Зависимости изменения шероховатости по- верхности образцов титана и ниобия от плотно- сти тока представлены на рис. 8. В исследуемом диапазоне значений плотности тока (для титана – 0,18–0,45 А/см2, для ниобия – 0,19–0,48 А/см2) экспериментально установленные значения ве- личины изменения шероховатости поверхно- сти ∆Ra имеют существенный разброс как для образцов из титана, так и для образцов из нио- бия. При этом наблюдается тенденция к незначи- тельному росту величины изменения шерохова- тости поверхности с увеличением плотности то- ка. Значения ∆Ra для ниобия существенно выше аналогичных значений для титана. 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Плотность тока j, А/см2 Рис. 8. Влияние плотности тока на изменение шероховатости поверхности ∆Ra образцов титана и ниобия Fig. 8. Effect of current density on surface roughness change ∆Ra of titanium and niobium samples Диаграммы, характеризующие влияние ра- бочего напряжения и плотности тока на эффек- тивность обработки титана и ниобия по изме- нению шероховатости, представлены на рис. 9. Показатели эффективности обработки поверх- ности ∆Ra/∆mуд как для титана, так и для нио- бия имеют примерно равные значения, за ис- ключением значения, полученного для ниобия при напряжении 260 В, когда эффективность является отрицательной. Анализ представлен- ных диаграмм показывает, что для достижения высоких значений эффективности одновре- менно необходимо выполнять обработку при следующих режимах: для титана – напряже- ние 300 В, плотность тока 0,18–0,30 А/см2, для ниобия – напряжение 280–300 В, плотность то- ка 0,18–0,20 А/см2. Микрофотографии поверхности образцов титана и ниобия до и после обработки пред- ставлены на рис. 10. Поверхность титана до ЭПП (рис. 10a) характеризуется наличием про- дольных полос, образованных в результате предварительного шлифования образцов. После 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0 У де ль ны й съ ем ∆ m уд , г /с м 2 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 И зм ен ен ие ш ер ох ов ат ос ти ∆ Ra , м км Nb Ti Mechanical Engineering 217 Наука и техника. Т. 17, № 3 (2018) Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) ЭПП поверхность сглаживается, присутствуют только следы от наиболее глубоких цара- пин (рис. 10b). Поверхность исходных образцов из ниобия, кроме продольных полос, получен- ных при шлифовании, характеризуется также наличием достаточно крупных задиров с раз- мерами в плане до 12 мкм (рис. 10c). В резуль- тате ЭПП ниобия формируется гладкая поверх- ность с присутствием незначительного количе- ства питтингов размерами до 5 мкм (рис. 10d). На основании полученных результатов от- работаны процессы ЭПП ряда изделий из тита- новых сплавов ВТ6 (Grade 5), применяемых в медицине и авиастроении. Примеры обработки деталей с помощью разработанной технологии представлены на рис. 11. а b 260 280 300 Напряжение U, B 0,18–0,19 0,20–0,23 0,30–0,33 0,45–0,48 Плотность тока j, А/см2 Рис. 9. Влияние электрических параметров на эффективность электролитно-плазменного полирования титана и ниобия: а – напряжения; b – плотности тока Fig. 9. Influence of electrical parameters on electrolyte-plasma polishing efficiency of titanium and niobium: a – voltage; b – current density а b c d Рис. 10. Микрофотографии поверхности образцов титана и ниобия до и после электролитно-плазменного полирования (ЭПП): a, b – титан до и после ЭПП; c, d – ниобий до и после ЭПП Fig. 10. Surface microphotographs of titanium and niobium samples before and after electrolyte-plasma polishing (EPP): a, b – titanium before and after EPP; c, d – niobium before and after EPP 8 6 4 2 0 –2 –4 Э ф ф ек ти вн ос ть ∆ Ra /∆ m уд , м км ⋅с м 2 / г – Nb – Ti – Nb – Ti 12 10 8 6 4 2 0 Э ф ф ек ти вн ос ть ∆ Ra /∆ m уд , м км ⋅с м 2 / г Машиностроение 218 Наука техника. Т. 17, № 3 (2018) и Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) Рис. 11. Примеры электролитно-плазменного полирования изделий из титанового сплава ВТ6 (Grade 5) Fig. 11. Examples of electrolyte-plasma polishing (EPP) products made of titanium alloy ВТ6 (Grade 5) ВЫВОДЫ 1. Разработан новый метод электролитно- плазменного полирования титановых и ниобие- вых сплавов, обладающий высокой экологиче- ской безопасностью по сравнению с класси- ческим электрохимическим полированием за счет применения безвредных электролитов на основе водных растворов солей общей концен- трацией не более 6 %. Для сравнения, традици- онное полирование, например, титановых спла- вов выполняется в электролитах с температу- рой не ниже 80 оС, содержащих помимо серной, азотной и хлорной кислот токсичную плавико- вую кислоту концентрацией 20–25 %. 2. Установлено, что с увеличением рабочего напряжения в исследуемом диапазоне (от 260 до 300 В) в процессе электролитно-плазмен- ного полирования обеспечивается снижение до- стигаемых значений параметра шероховатости поверхности Ra. При этом в результате обра- ботки ниобия при значении напряжения 260 В вместо полирования происходит растравлива- ние поверхности с увеличением шероховато- сти, а значение параметра шероховатости Ra интенсивно возрастает с повышением продол- жительности обработки. При электролитно- плазменном полировании титана с увеличением рабочего напряжения во всем исследуемом диа- пазоне наблюдается постепенный рост величи- ны изменения шероховатости поверхности ∆Ra. Наибольшее изменение шероховатости ∆Ra при обработке ниобия достигается в диапазоне зна- чений напряжения от 280 до 300 В. 3. По результатам исследования влияния плотности тока на качество электролитно-плаз- менного полирования титана и ниобия установ- лено, что с увеличением плотности тока в ис- следуемом диапазоне значений (для титана – 0,18–0,45 А/см2, для ниобия – 0,19–0,48 А/см2) наблюдается тенденция к незначительному ро- сту величины изменения шероховатости по- верхности ∆Ra как для титана, так и для нио- бия. При этом значения ∆Ra для ниобия су- щественно больше аналогичных значений для титана. 4. Наибольшие значения эффективности элек- тролитно-плазменного полирования достигаются при следующих режимах: для титана – напряже- ние 300 В, плотность тока 0,18–0,30 А/см2, для ниобия – напряжение 280–300 В, плотность то- ка 0,18–0,20 А/см2. ЛИТЕРАТУРА 1. Application and Features of Titanium for the Aerospace Industry / I. Inagaki [et al.] // Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report. 2014. Vol. 106. Р. 22–27. 2. Nikishina, E. E. Niobium and Tantalum: State of the World Market, Fields of Application, and Raw Sources. Part I / Е. Е. Nikishina, D. V. Drobot, E. N. Lebedeva // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2013. Vol. 54, No 6. Р. 446–452. 3. Froes, F. H. Cost Affordable Developments in Titanium Technology and Applications / F. H. Froes, A. M. Imam // Key Engineering Materials. 2010. Vol. 436. Р. 1–11. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.436.1 4. Zardiackas, L. D. Titanium, Niobium, Zirconium, and Tan- talum for Medical and Surgical Applications / L. D. Zar- diackas, M. J. Kraay, H. L. Freese. Astm, 2006. 5. Veiga, C. Properties and Applications of Titanium Alloys: a Brief Review / С. Veiga, J. P. Davim, A. J. R. Loureiro // Rev. Adv. Mater. Sci. 2012. Vol. 32, No 2. Р. 133–148. 6. Axinte, D. A. Workpiece Surface Integrity of Ti-6-4 Heat- Resistant Alloy when Employing Different Polishing Methods / D. A. Axinte, J. Kwong, M. C. Kong // Jour- nal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209, No 4. Р. 1843–1852. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec. 2008.04.046. 7. The Mechanism of Electropolishing of Niobium in Hydro- fluoric-Sulfuric Acid Electrolyte / H. Tian [et al.] // Jour- nal of the Electrochemical Society. 2008. Vol. 155, No 9. Р. D563–D568. https://doi.org/10.1149/1.2945913. Mechanical Engineering 219 Наука и техника. Т. 17, № 3 (2018) Science and Technique. V. 17, No 3 (2018) 8. Electropolishing of CP Titanium and its Alloys in an Al- coholic Solution-Based Electrolyte / K. Tajima [et al.] // Dental Materials Journal. 2008. Vol. 27, No 2. Р. 258–265. https://doi.org/10.4012/dmj.27.258. 9. Surface Finish Machining of Medical Parts using Plasma Electrolytic Polishing / H. Zeidler [et al.] // Procedia CIRP. 2016. Vol. 49. Р. 83–87. https://doi.org/10.1016/ j.procir.2015.07.038. 10. Особенности электролитно-плазменного нагрева при электрохимико-термической обработке стали / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2013. № 6. С. 20–24. 11. Aliakseyeu, Yu. Electrolyte-Plasma Treatment of Metal Materials Surfaces / Yu. Aliakseyeu, A. Korolyov, A. Be- zyazychnaya // 14 International Scientific Conference “CO-MAT-TECH-2006”, Slovakia, Trnava, 19–20 oct. 2006. Р. 6. 12. Влияние электролитно-плазменной обработки на структуру и свойства поверхностного слоя стали 12Х18Н10Т / И. В. Фомихина [и др.] // Весцi Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2008. № 3. С. 24–29. 13. Модель размерного съема материала при электролит- но-плазменной обработке цилиндрических поверхно- стей / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2012. № 3. С. 3–6. 14. Электролитно-плазменная обработка при нестационар- ных режимах в условиях высокоградиентного электри- ческого поля / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техни- ка. 2017. Т. 16, № 5. С. 391–399. https://doi.org/10. 21122/2227-1031-2017-16-5-391-399. 15. Многоэтапная электролитно-плазменная обработка изделий из титана и титановых сплавов / А. М. Смыс- лов [и др.] // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2009. Т. 13, №. 1. C. 141–145. 16. Справочник по электрохимическим и электрофизиче- ским методам обработки / Г. Л. Амитан [и др.]; под. общ. ред. В. А. Волосатова. Л.: Машиностроение. Ле- нингр. отд-ние, 1988. 719 с. Поступила 23.11.2017 Подписана в печать 19.01.2018 Опубликована онлайн 29.05.2018 REFERENCES 1. Inagaki I., Takechi T., Shirai Y., Ariyasu N. (2014) Appli- cation and Features of Titanium for the Aerospace Indus- try. Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report, 106, 22–27. 2. Nikishina E. E., Drobot D. V., Lebedeva E. N. (2013) Ni- obium and Tantalum: State of the World Market, Fields of Application, and Raw Sources. Part I. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 54 (6), 446–452. https://doi.org/10. 3103/s1067821213060187. 3. Froes F. H., Imam A. M. (2010) Cost Affordable Deve- lopments in Titanium Technology and Applications. Key Engineering Materials, 436, 1–11. https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/kem.436.1. 4. Zardiackas L. D., Kraay M. J., Freese H. L. (2006) Tita- nium, Niobium, Zirconium, and Tantalum for Medical and Surgical Applications. ASTM International. 265. https://doi.org/10.1520/stp1471-eb. 5. Veiga C., Davim J. P., Loureiro A. J. R. (2012) Properties and Applications of Titanium Alloys: a Brief Review. Re- views on Advanced Materials Science, 32 (2), 133–148. 6. Axinte D. A., Kwong J., Kong M. C. (2009) Workpie- ce Surface Integrity of Ti-6-4 Heat-Resistant Alloy when Employing Different Polishing Methods. Journal of Materials Processing Technology, 209 (4), 1843–1852. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.04.046. 7. Tian H., Corcoran S. G., Reece C. E., Kelley M. J. (2008) The Mechanism of Electropolishing of Niobium in Hydro- fluoric-Sulfuric Acid Electrolyte. Journal of the Electro- chemical Society, 155 (9), D563–D568. https://doi.org/10. 1149/1.2945913. 8. Tajima K., Hironaka M., Chen K.-K., Nagamatsu Y., Kakigawa H., Kozono Y. (2008) Electropolishing of CP Titanium and its Alloys in an Alcoholic Solution-Based Electrolyte. Dental Materials Journal, 27 (2), 258–265. https://doi.org/10.4012/dmj.27.258. 9. Zeidler H., Boettger-Hiller F., Edelmann J., Schubert A. (2016) Surface Finish Machining of Medical Parts using Plasma Electrolytic Polishing. Procedia CIRP, 49, 83–87. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.07.038. 10. Alekseev Yu. G., Niss V. S., Korolev A. Yu., Parshuto A. E. (2013) Peculiar Features of Electrolytic-Plasma Heating at Electrochemical-Heat Treatment of Steel. Nauka i Tekhni- ka = Science & Technique, (6), 20–24. 11. Aliakseyeu Yu., Korolyov A., Bezyazychnaya A. (2006) Electrolyte-Plasma Treatment of Metal Materials Surfaces. CO-MAT-TECH-2006: Proceeding of the Abstracts of 14th In- ternational Scientific Conference, Slovak University of Technology, 19–20 October 2006. Slovakia, Trnava, 6. 12. Fomikhina I. V., Litovskaya Yu. O., Alekseev Yu. G., Korolev A. Yu., Niss V. S. (2008). Influence of Electroly- tic-Plasma Treatment on Structure and Properties in Sur- face Layer of Authentic Stainless 12Х18Н10Т – Steel. Vestsi Natsionalnoy Akademii Navuk Belarusi. Ser. Fiz.- Tekhn. Navuk = Bulletin of National Academy of Science of Belarus. Series of Physical and Technical Sciences, (3), 24–29 (in Russian). 13. Alekseev Yu., Korolev A., Parshuta A., Niss V. (2012). Model for Metal Removal in Electrolyte-Plazma Treat- ment of Cylindrical Surfaces. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, (3), 3–6 (in Russian). 14. Aliakseyeu Y. G., Korolyov A. Y., Parshuto A. E., Niss V. S. (2017) Electrolyte-Plasma Treatment under Non-Stationa- ry Mode in a High-Gradient Electric Field. Nauka i Tekh- nika = Science & Technique, 16 (5), 391–399 (in Rus- sian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391- 399. 15. Smyslov A. M., Smyslova M. K., Mingazhev A. D., Se- livanov K. S. (2009) Multistage Electrolytic-Plasma Treatment of Products from Titan and Titanic Alloys. Vestnik Ufimskogo Gosudarstvennogo Aviatsionnogo Tekh- nicheskogo Universiteta [Bulletin of Ufa State Aviation Technical University], 13 (1), 141–145 (in Russian). 16. Amitan G. L., Baisupov I. A., Baron Yu. M., Volosa- tov V. A. (ed.) (1988) Reference Book on Electrochemical and Electro-Physical Processing Methods. Leningrad, Mashi- nostroenie Publ., Leningrad Branch. 719 (in Russian). Received: 23.11.2017 Accepted: 19.01.2018 Published online: 29.05.2018