vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2026-71-1-39-47vestift-926Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYЭффективность процессов повышения качества поверхности в управляемых импульсных режимах электролитно-плазменной обработкиEfficiency of processes for increasing surface quality in control­ led pulse modes of electrolyte-plasma treatmenthttps://orcid.org/0000-0002-0841-1272КоролёвА. Ю.KorolyovA. Yu.

Королёв Александр Юрьевич – кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательским сектором перспективных технологий  

ул. Я. Коласа, 24, 220013, Минск 

Aleksandr Yu. Korolyov – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of the Research Sector of Advanced Technologies 

24, Yа. Kolas St., 220013, Minsk 

korolyov@park.bntu.byТомилоВ. А.TomiloV. A.

Томило Вячеслав Анатольевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Машины и технология обработки металлов давлением» 

пр. Независимости, 65, 220013, Минск 

Vyacheslav A. Tomilo – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Machines and Technology of Metal Forming 

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk 

stamila@rambler.ruНиссВ. С.NissV. S.

Нисс Владимир Семенович – кандидат технических наук, доцент, заведующий инновационно-производственным центром медицинского оборудования и изделий 

пр. Независимости, 65, 220013, Минск 

Vladimir S. Niss – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of the Innovation and Production Center for Medical Equipment and Products 

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk 

niss@park.bntu.byНаучно-технологический парк БНТУ «Политехник»Scientific and Technological Park BNTU “Polytechnic”Белорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University2026310320267113947Copyright © Королёв А.Ю., Томило В.А., Нисс В.С., 20262026Королёв А.Ю., Томило В.А., Нисс В.С.Korolyov A.Y., Tomilo V.A., Niss V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/926

Для повышения эффективности электролитно-плазменной обработки разработаны режимы, основанные на использовании управляемых импульсов. Режимы реализуются путем чередования импульсов высокого напряжения, соответствующего электролитно-плазменной области, и бестоковых пауз между ними. Повышение эффективности импульсных режимов по сравнению с традиционной обработкой на постоянном токе достигается за счет интенсивного съема металла во время электрохимического процесса, протекающего в начальный момент включения импульса высокого напряжения (в стадии формирования парогазовой оболочки), и оптимизации продолжительности электролитно-плазменного процесса, при котором обеспечивается высокое качество поверхности. По результатам исследования влияния временных параметров управляемых импульсов на съем металла и качество формируемой поверхности установлены режимы, обеспечивающие высокую эффективность снижения шероховатости при низких энергетических затратах. Применение схемы, при которой управляемые импульсы высокого напряжения с длительностью 2–5 мс и амплитудой, соответствующей электролитно-плазменному процессу (300 В), чередуются с бестоковыми паузами длительностью 0,05 мс, обеспечивает существенное повышение интенсивности снижения шероховатости по сравнению с обработкой на постоянном токе. В результате для снижения шероховатости на величину, эквивалентную обработке на постоянном токе с продолжительностью 5 мин, общие затраты электроэнергии снижаются на 28–32 %. На основании полученных результатов разработаны и внедрены в производство энергоэффективные процессы импульсной электролитно-плазменной обработки для повышения качества поверхности и формообразования изделий медицинского и машиностроительного назначения из металлических материалов.

To increase the efficiency of electrolyte-plasma treatment, modes based on the use of controlled pulses have been developed. The modes are implemented by alternating high-voltage pulses corresponding to the electrolytic-plasma area and current-free pauses between them. An increase in the efficiency of pulse modes compared to traditional direct current electrolyte-plasma treatment is achieved by intensive metal removal during the electrochemical process occurring at the initial moment of switching on the high-voltage pulse (at the stage of forming the vapor-gas shell) and optimization of the duration of the electrolyte-plasma process, which ensures high surface quality. Based on the results of studying the influence of time parameters of controlled pulses on metal removal and the quality of the formed surface, modes have been established that ensure high efficiency of roughness reduction at low energy costs. The use of a scheme in which controlled high-voltage pulses with a duration of 2–5 ms and an amplitude corresponding to the electrolytic-plasma area (300 V) alternate with current-free pauses of 50 μs duration provides a significant increase in the intensity of roughness reduction compared to direct current treatment. As a result, for a roughness reduction by an amount equivalent to DC treatment with a duration of 5 min, the total energy costs are reduced by 28–32 %. Based on the results obtained, energy-efficient pulsed electrolytic-plasma treatment processes have been developed and implemented into production to improve the surface quality and shaping of medical and engineering products made from metallic materials.

электролитно-плазменная обработкаимпульсыпарогазовая оболочкаанодный процессплотность токашероховатость поверхностиelectrolytic-plasma processingpulsesvapor-gas shellanodic processcurrent densitysurface roughnessReferencesКоролёв, А. Ю. Электролитно-плазменное полирование металлических материалов медицинского назначения / А. Ю. Королёв, В. А. Томило // Актуальные проблемы прочности: материалы LXVIII междунар. науч. конф., Витебск, 27–31 мая 2024 г. / под ред. В. В. Рубаника. – Мн.: УП «ИВЦ Минфина», 2024. – С. 328–330.Korolyov A. Yu., Tomilo V. A. Electrolytic plasma polishing of metallic materials for medical applications. Rubanik V. V., ed. Aktual’nye problemy prochnosti: materialy LXVIII mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, Vitebsk, 27–31 maya 2024 g. [Actual problems of strength: Proceedings of the LXVIII International Scientific Conference, Vitebsk, May 27–31, 2024]. Minsk, UE “IVC of the Ministry of Finance”, 2024, pp. 328–330 (in Russian).Куликов, И. С. Электролитно-плазменная обработка материалов / И. С. Куликов, С. В. Ващенко, А. Я. Каменев. – Мн.: Бел. навука, 2010. – 232 с.Kulikov I. S., Vashchenko S. V., Kamenev A. Ya. Electrolyte-Plasma Treatment of Materials. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2010. 232 p. (in Russian).Смыслов, А. М. Многоэтапная электролитно-плазменная обработка изделий из титана и титановых сплавов / А. М. Смыслов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2009. – Т. 13, № 1. – C. 141–145.Smyslov A. M. Multistage electrolytic plasma treatment of titanium and titanium alloy products. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of Ufa State Aviation Technical University, 2009, vol. 13, no. 1, pp. 141–145 (in Russian).Plasma Electrolytic Polishing of Nitinol: Investigation of Functional Properties / K. Navickaitė, L. Ianniciello, J. Tušek [et al.] // Materials. – 2021. – Vol. 14, № 21. – Art. ID 6450. https://doi.org/10.3390/ma14216450Navickaitė K., Ianniciello L., Tušek J., Engelbrecht K., Bahl C. R. H., Penzel M., Nestler K., Böttger-Hiller F., Zeidler H. Plasma Electrolytic Polishing of Nitinol: Investigation of Functional Properties. Materials, 2021, vol. 14, no. 21, art. ID 6450. https://doi.org/10.3390/ma14216450Алексеев, Ю. Г. Электролитно-плазменное полирование кобальт-хромовых сплавов медицинского назначения / Ю. Г. Алексеев, А. Ю. Королёв, В. С. Нисс // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусi. Серыя фiзіка-тэхнічных навук. – 2019. – Т. 64, № 3. – С. 296–303. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-296-303Aliakseyeu Yu. G., Korolyov A. Yu., Niss V. S. Electrolytic-plasma polishing of cobalt-chromium alloys for medical products. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2019, vol. 64, no. 3, pp. 296–303 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-296-303Plasma Electrolyte Polishing of Titanium and Niobium Alloys in Low Concentrated Salt Solution Based Electrolyte / Y. Aliakseyeu, A. Bubulis, A. Korolyov [et al.] // Mechanika. – 2021. – Vol. 27, № 1. – P. 88–93. https://doi.org/10.5755/j02.mech.25044Aliakseyeu Y., Bubulis A., Korolyov A., Niss V., Kandrotaitė Janutienė R. Plasma Electrolyte Polishing of Titanium and Niobium Alloys in Low Concentrated Salt Solution Based Electrolyte. Mechanika, 2021, vol. 27, no. 1, pp. 88–93. https://doi.org/10.5755/j02.mech.25044Electrolytic plasma polishing of NiTi alloy. Mathematical models in engineering / A. Korolyov, А. Bubulis, J. Vėžys [et al.] // JVE international. – 2021. – Vol. 7, № 4. – P. 70–80. https://doi.org/10.21595/mme.2021.22351Korolyov A., Bubulis А., Vėžys J., Aliakseyeu Yu., Minchenya V., Niss V., Markin D. Electrolytic plasma polishing of NiTi alloy. Mathematical models in engineering. JVE International, 2021, vol. 7, iss. 4, pp. 70–80. https://doi.org/10.21595/mme.2021.22351Электроимпульсное полирование сплавов на основе железа, хрома и никеля / Ю. В. Синькевич, В. К. Шелег, И. Н. Янковский, Г. Я. Беляев. – Мн.: БНТУ, 2014. – 325 с.Sin’kevich Yu. V., Sheleg V. K., Yankovskii I. N., Belyaev G. Ya. Electropulse Polishing of Alloys Based on Iron, Chromium and Nickel. Minsk, Belarusian National Technical University, 2014. 325 p. (in Russian).Королёв, А. Ю. Влияние анодных режимов обработки в электролитах на съем металла и выход по току / А. Ю. Королёв // Наука и техника. – 2025. – Т. 24, № 2. – С. 109–117. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2025-24-2-109-117Korolyov A. Yu. Effect of anodic treatment modes in electrolytes on metal removal and current efficiency. Nauka i tekh­ nika = Science & Technique, 2025, vol. 24, no. 2, pp. 109–117 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2025-24-2-109-117Королёв, А. Ю. Энергетические характеристики стадии формирования парогазовой оболочки при электролитно-плазменной обработке / А. Ю. Королёв, В. А. Томило, В. С. Нисс // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2024. – Т. 68, № 4. – С. 344–352. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2024-68-4-344-352Korolyov A. Yu., Tomilo V. A., Niss V. S. Energy characteristics of the vapor-gas shell formation stage during electrolyte-plasma treatment. Doklady Natsional ’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2024, vol. 68, no. 4, pp. 344–352 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2024-68-4-344-352Источник питания для исследования импульсных электрохимических процессов / Ю. Г. Алексеев, А. Ю. Королёв, В. С. Нисс [и др.] // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2018. – № 3. – С. 246–257. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-246-257Aliakseyeu Yu. G., Korolyov A. Yu., Niss V. S., Parshuto A. E., Soroka E. V., Budnitskiy A. S. Power supply for the Investigation of Pulse Electrochemical Processes. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob”edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 2018, vol. 61, no. 3, pp. 246–257 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-246-257

The authors declare that there are no conflicts of interest present.