ИСТОРИЯ

Изучаването на взаимодействието на азота с желязото и неговите сплави започва още в началото на ХХ век, когато в периода 1907 до 1914 г. руският учен акад. Н. П. Чижевский уточнява принципния вид на диаграмата желязо-азот. На азотиране обаче са били подлагани предимно желязо и обикновени въглеродни стомани, поради което и промяната на свойствата им е била незначителна. Едва след като в периода 1920-1932 г. немският инженер А. Фри провежда опити и подлага на азотиране в заводите „Круп“ легирани стомани било постигнато желаното чувствително уякчаване на повърхностните зони, с което фактически било поставено и началото на промишленото приложение на азотирането.
Днес повърхностното обогатяване на стоманени детайли и инструменти с азот е известен ефективен метод за увеличаване на тяхната твърдост, износоустойчивост и на способността им да понасят големи циклични натоварвания, като тези свойства са запазват и при относително високи работни температури (400-500оС). Основно технологично предимство на метода „азотиране“ е ниската температура (450-600oС), при която се провежда дифузионното насищане, поради което обемните изменения и деформациите на обработваните детайли и инструменти са доста малки. Предимство на метода е и възможността да се получи повърхностно уякчаване (както при повърхностното закаляване) без протичане на класическото фазово превръщане. Вследствие на това различните конструктивни елементи, изработени от подходящи подобряеми стомани или от чугуни, се азотират в окончателно завършен вид, без след това да е необходима допълнителна механична обработка.
В съвременното промишлено производство се прилага „газово“ и „течно“ азотиране в пещи и вани, където работната среда (газ, течност) е недостатъчно активна или пък токсична. През втората половина на ХХ век бе извършена изключително голяма по обем научна и приложна дейност по разработването и промишленото внедряване на нов метод за азотиране в тлеещ електрически разряд, който беше наречен „йонно азотиране“, а по-късно и „азотиране в нискотемпературна плазма“.
Йонното азотиране се провежда в условията на аномален силнотоков тлеещ разряд. Той нагрява обработваните детайли, включени в електрическата верига като катод, до температурата на азотиране и активизира в термохимично отношение газообразната азотосъдържаща насищаща среда. Тази специфика на процеса обуславя и основните предимства на метода „йонно азотиране“ в сравнение с класическото газово азотиране в пещи, а именно: неколкократно намалена продължителност на дифузионното насищане, намален разход на електроенергия и азотиращи газове, възможност за управляемо фазообразуване и оптимизация на дифузионния процес, получаване на по-равномерни и с желана морфология азотирани слоеве при детайли с практически неограничени размери и с най-комплицирана форма, минимални линейни и обемни изменения на детайлите, екологичност, подобрена хигиена и повишена култура на производството.
Създател на йонното азотиране е Бергман Бергхаус, който регистрира първия патент още през 1932 г. До промишленото внедряване на метода обаче трябва да минат повече от 30 години, през което време вакуумната техника, силовата електроника и микроелектрониката ще се развият до степен, гарантираща извеждането на метода от неговия лабораторен стадий.
С бързи темпове изследванията продължават след 1960 г. в създадения от Б. Бергхаус във ФРГ електрофизичен институт, като успоредно с извършването на разнообразна изследователска дейност се провежда и една планомерна политика по патентната защита на метода. По-късно институтът преминава към концерна „Kloеckner“ и се създава фирмата „Kloеckner Ionon GmbH“, която имаше водеща роля до началото на 80-те години в изработването на инсталации за йонно азотиране и в промишленото приложение на метода. Би могло да се отбележи, че в този период Германия имаше монопол върху метода и промишлените инсталации. В същия период и особено през 70-те и 80-те години по тези въпроси работят и публикуват и други автори във Франция, Швейцария, Англия, СССР, България, Полша, ЧССР, Румъния, САЩ, Канада, Китай и Япония, като след 1980 г. тези страни излязоха на пазара със собствени инсталации и по този начин на практика методът се интернационализира.
Първите изследвания у нас в областта на азотирането в тлеещ разряд датират от 1967–1968 г., когато във ВМЕИ „Ленин“- София бяха направени първите лабораторни уредби и бе изследвано поведението на тлеещия разряд. Разработиха се основните технологични режими за азотиране, схемите за управление на разряда с цел запазване на работните повърхнини на детайлите от увреждане при поява на тенденции за преминаването му в дъгов разряд и т. н. На този етап работата върху метода се провеждаше във ВМЕИ „Ленин“ и в ЦМИ – София, но по-късно тя бе концентрирана основно в специално създадената през 1971 г. от чл. кор. проф. д-р Д. Бучков проблемна научно-изследователска лаборатория по „Електрофизични технологии за термична обработка на металите“ (ПНИЛ „ЕФТТОМ“) към катедра „Металознание и технология на металите“ при ВМЕИ „Ленин“ – София.
В ПНИЛ „ЕФТТОМ“ започна широко и задълбочено изучаване и разработване на проблема от голям брой специалисти с главна цел – промишлената му реализация. През 1973 г. бе построена първата у нас инсталация с мощност 20 kVA. В изпълнение на възложената от ДКНТП държавна задача на лабораторията, в периода 1973–1975 г. беше проектирана и изработена фамилия промишлени инсталации с различна мощност и предназначение – 15, 50, 100 и 150 kVA, които бяха патентно защитени и внедрени в промишлеността през следващите две години. По този начин към 1976–1977 г. нашата страна зае челни позиции в изследването, разработването и промишленото приложение на новата технология, добила гражданственост у нас под наименованието „йонно азотиране“. След 1977 г. започна още по-широко внедряване и разширяване на областите на приложение на йонното азотиране и съответните съоръжения в промишлеността, като фамилията инсталации бе допълнена с нови мощности – 200, 400 и 600 kVA. По този начин България първа сред останалите социалистически страни внедри най-широко метода и задоволяваше не само своите нужди с инсталации собствено производство, но започна също така да изнася технологии и инсталации в Полша, ЧССР, ГДР, Русия и Югославия.
Наред с активната развойна и внедрителска дейност в НИЛ „ЕФТТОМ“ към ТУ–София се провеждаха и много задълбочени научни изследвания върху технологията и съоръженията за азотиране в нискотемпературна плазма, резултат от които са 8 броя защитени дисертации за „д-р инж.“ и два броя за „доктор на науките“. Естествено, натрупаните знания и създадената материална база имаха и своето благоприятно отражение върху процеса на обучение на студентите и особено върху подготовката на голям брой дипломанти.
Понастоящем йонното азотиране е познат, търсен и приеман с доверие от промишлеността метод за химико-термична обработка на разнообразни детайли и инструменти. През последните 25–30 г. българските инсталации за йонно азотиране бяха широко внедрени у нас и в чужбина – над 100 броя инсталации с различна мощност са внедрени успешно в 36 български предприятия, над 25 инсталации са изнесени в бившите ГДР, Югославия и ЧССР, Полша, Русия, Беларус, Турция, Мексико, Индонезия, Канада, а предстои износ и за САЩ и Индия. Съществен е приносът в това отношение на „ВАКУУМТЕРМ“ ЕАД – гр. В. Търново и на създаденото през 1985 г. малко предприятие ММ „ЕФТТОМ-ЙОН“ към ТУ–София.
Натрупваният в продължение на повече от 20–25 години научен и технологичен опит в областта на азотирането в тлеещ разряд е обобщен и направен достояние на научната и техническата общественост у нас в издадената през 1985 г. монография „Йонно азотиране“ с автори Д. Бучков и В. Тошков, която бе преиздадена през 1990 г. в преработен и допълнен вариант.
Монографията “Азотиране в нискотемпературна плазма” с автор В. Тошков, издадена през 2004 г., е логично продължение на предишните издания, но в нея са отразени и обобщени главно теоретичните изследвания на автора, неговите аспиранти и научните сътрудници в НИЛ “ЕФТТОМ” върху „азотирането в нискотемпературна плазма“, при които се разглеждат детайлно такива основни проблеми, като състава на плазмата при азотиране в тлеещ разряд, термодинамичения анализ на процесите при газово и йонно азотиране, механизма и кинетиката на азотирането в тлеещ разряд, особеностите в строежа на нитридите и на азотираните слоеве, както и поведението и съпротивление на азотираните слоеве при статични и динамични натоварвания. Под формата на тримерни изображения са представени обобщени зависимости между технологичните параметри при азотиране и качествените характеристики на азотираните повърхнини.
НИЛ "ЕФТТОМ" разполага с широка материална база и квалифициран и опитен персонал, включващи:
- технологично хале с 8 броя инсталации за йонно азотиране и карбонитриране, които се използват за изследвания на процеса и извършване на услуги. Там се извършват комплектовката на всяка нова инсталация, всички настройки и технологични проби.
- лаборатория за металографски измервания и рентгенострукторен анализ
- механична работилница, оборудвана с необходимите металообработващи машини
- електротехническа и електронна работилница
- технолози, конструктори, проектанти, технически изпълнители
Използва се при необходимост още материално-техсническата база и висококвалифицираните специалисти на Техническия Университет - София.