Проаналізовано кінетичні та теплові характеристики продуктів горіння суміші, яка виробляється електролізно-водяним генератором для нанесення покриття газополум'яним способом. Досліджено газодинамічні та теплові характеристики струменя продуктів горіння чистої воднево-кисневої суміші, а також з домішками парів вуглеводних сполук. Визначено межі переходу від ламінарного до турбулентного характеру течії продуктів горіння суміші, яка виробляється електролізно-водними генераторами залежно від домішок у суміш парів вуглеводневих сполук. Вивчено розподіл температури та швидкості течії струменя продуктів горіння за довжиною факелу полум'я у разі різних характерів течії та складів продуктів горіння. Визначено умови одержання покриттів з матеріалів з різною температурою плавлення за умов газополум'яного плавлення з використанням воднево-кисневого полум'я, одержаного під час спалення суміші, що виробляється електролізно-водяними генераторами. Наведено технологічні параметри процесу за умов газополуменевого нанесення покриття з використанням воднево-кисневого полум'я.

  Скачати повний текст

Розроблено плазмохімічну технологію одержання тонкоплівкових зносостійких матеріалів п'яти видів. Одержане з метилтрихлорсилану SiC покриття на підкладці і монокристалічного кремнію за механічними та трибологічними характеристиками не поступається спорідненим покриттям, одержаним з дорогої імпортної сировини, і збільшує абразивну зносостійкість підкладки завдяки зародженню нанокристалітів в аморфній матриці SiC. Покриття SiCN на кремнієвій підкладці, одержане з метилтрихлорсилану з додаванням азоту, забезпезпечує підвищення у п'ять разів абразивної зносостікості, спричинене збільшенням кількості Si - C зв'язків у матеріалі покриття. Оптимізовано режим осадження наноструктурованих TiN покриттів з тетрахлориду титану. За результатами випробувань металорізальних пластин з твердого сплаву Т15К6 з покриттям nc-TiNC / a-SiCN показано підвищення їх стійкості у 2 - 2,4 рази у процесі токарної обробки сталі 45 і в 1,5 - 2 рази - сталі 12Х18Н9Т.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання геометричного моделювання процесу очищення парових потоків у разі дугового й електронно-променевого випарювання матеріалів у вакуумі технології фізичного осадження з парової фази (Physical Vapor Deposition). Проведено формалізацію способів побудови робочих поверхонь електронно-іонного обладнання. Створено алгоритмічну основу розрахунку багатократного відбиття променів від поверхонь, апроксимованих трикутними відсіками площини, та заданих у неявній і векторно-параметричній формі. Одержано рівняння сім'ї поверхонь однакової опроміненості, встановлено, що поверхня однакової опроміненості, яка відповідає k = 0, є поверхнею катакаустики. Розв'язано задачу розрахунку товщини осаджуваного покриття за схеми напилення з розжарюваним відбивачем. Розроблено методику імітаційного геометричного дослідження просторового розподілу багаторазово відбитих променів за допомогою сферичних і гіперсферичних карт відбиття, яка не залежить від складності поверхні рефлектора. Розраховано ступінь очищення плазми для чотирьох модифікацій фільтрів відкритого типу з фрактальною моделлю поведінки джерела макрочасток.

  Скачати повний текст

Рзв'язано конкретну наукову задачу, пов'язану з розробкою високоресурсного плазмотрона з метою обробки порошкових матеріалів і пошуку методів підвищення його працездатності та ефективності. Створено однокамерний лінійний плазмотрон з газовихревою стабілізацією дуги потужністю до 50 кВт, що містить порожнисті мідні електроди, всередині яких виконано поперечні (гвинтові) канавки, які сприяють розщепленню катодної та анодної дільниць дуг і розподілу струму за довжиною розрядного каналу. Доведно, що така конструкція дозволила збільшити ресурс роботи у порівнянні з відомими розробками напилювальних плазмотронів більш, ніж удвічі. Ресурс роботи плазмотрона й ефективність обробки порошкових матеріалів можуть бути значно підвищені за рахунок впливу на позитивний стовп дуги зовнішніх електричних збурень.

  Скачати повний текст

Проведено математичне моделювання процесу пластичного деформування часток при ударі об основу в умовах газодинамічного напилення з урахуванням впливу деформаційного розігріву та реологічних властивостей металу при високих швидкостях деформації. Визначені залежності температури на контакті частка-основа, часу деформування та формозмінення часток при ударі від розмірів і властивостей матеріалу часток, початкової швидкості та температури часток. Розроблено загальну математичну модель, алгоритм і програму розрахунку технологічних параметрів процесу газодинамічного напилення. Отримані експериментальні дані про вплив режимів нанесення покриття на міцність зцеплення, пористість покрить і продуктивність процесу. Результати досліджень використані при проектуванні технології та дослідного зразка устаткування для нанесення захисних покрить на зовнішню поверхню труб.

  Скачати повний текст

З використанням методів рентгеноспектрального мікроаналізу, растрової та трансмісійної електронної мікроскопії, електронографії, рентгенографічного аналізу та математичного моделювання встановлено закономірності структуроутворення в одержаних за методами лазерного й електронно-променевого випаровування вакуумних конденсатах оксидів металів III та IV груп та їх бінарних композицій. Досліджено вплив температури осадження на поліморфізм індивідуальних оксидів у вакуумних конденсатах і встановлено температурні межі існування їх поліморфних модифікацій. Визначено вплив температури осадження та величини радіусу тризарядного катіону на стабілізацію флюоритних структур у вакуумних конденсатах. Визначено температурно-концентраційні межі утворення твердих розчинів структурних типів та їх термічну стабільність. Визначено вплив параметрів осадження на утворення метастабільних фаз і твердих розчинів. Оптимізовано умови синтезу у вакуумних оксидних конденсатах складних сполук високотемпературної структури за випаровування механічної суміші вихідних компонентів. Зіставлено закономірності структуроутворення в конденсатах, одержаних електропроменевим і лазерним випаровуванням. Висвітлено вплив швидкості осадження на зміну механізму конденсації. Показано переваги лазерного методу випаровування щодо створення покриттів з заданими властивостями. Запропоновано модель структуроутворення у вакуумних оксидних конденсатах та суттєво розвинуто уявлення про структурні зони в них.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Визначено механізми формування структурно-фазового стану конденсованого матеріалу за нерівноважних умов його осадження з іонно-плазмових потоків. Установлено, що різний структурний стан матеріалів (аморфоподібний, кристалічний метастабільних і стабільних фаз) може бути систематизований і описаний за єдиним механізмом конденсації за різного ступеня нерівноважності процесу. Така нерівноважність зумовлена надшвидким охолодженням у разі термалізації атомів, що обмежує їх поверхневу рухливість під час осадження. Зменшення ступеня нерівноважності завдяки підвищенню температури осадження призводить до зміни структурного стану конденсата у послідовності: аморфноподібний - кристалічний перехідний (метастабільний) стан - кристалічний стан рівноважних alpha-фаз. Поява перехідного кристалічного стану під час конденсації є результатом формування високотемпературних beta-фаз для фаз проникнення, пересичення домішковими атомами з атмосфери робочого газу за умов осадження металевих конденсатів або значного розширення області межової розчиності у порівнянні з рівноважним станом для твердих розчинів. Обгрунтовано концепцію формування нерівноважного стану конденсатів як основи структурно-фазових перетворень. За ступенем складності елементного складу матеріалу виділено та розглянуто характерні види впливу нерівноважного структурног стану іонно-плазмових конденсатів на структурно-фазові перетворення. Один вид властивий конденсованому матеріалу, що формується під час розпилення металічної мішені, та полягає у стимульованій нерівноважним станом підвищеній дифузній рухливості домішкових атомів атмосфери розпилення, які потрапляють у конденсат під час осадження. Другий вид характерний для конденсатів фаз проникнення, для яких наявність метастабільного структурного стану та нерівноважних вакансій у неметалевій підсистемі стимулює фазові переходи. Третій - притаманний фазам проникнення, утвореним на основі твердого розчину у металевій підсистемі. Для цього класу матеріалів нерівноважний структурний стан за наявності надмірних вакансій у неметалевій підсистемі дає змогу відбуватися процесу конденсаційного розшарування металевих атомів з утворенням модульованої структури конденсату. Проведено аналогію між структурою та фізико-механічними властивостями нанокристалічного конденсату та матеріалу у передплавильному стані та виявлено спільні закономірності, притаманні цим станам. Розглянуто вплив ієрархії структури іонно-плазмових конденсатів, що ускладнюється під час переходу від тугоплавкого металу до квазібінарних систем на його основі, на еволюцію механічних характеристик матеріалу. На підставі структурного підходу сформульовано основні умови одержання іонно-плазмових конденсатів з високою та надвисокою твердістю.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Розроблено метод високоефективного іонно-плазмового нанесення металевих плівок на керамічні порошкові матеріали різної дисперсності. Вперше досліджено металевий плазмовий струмінь, який генерується вакуумною дугою з титанового, алюмінієвого та мідного катодів. Визначено концентрації іонів і розподілення іонного струму у металевій плазмі титану, алюмінію та міді, що дозволяє здійснювати регулювання процесу конденсації у вакуумі металевих плівок на порошкові матеріали. Встановлено межові значення струму дугового розряду, які забезпечують максимальну швидкість формування рівномірної оболонки на частинках порошку. Розглянуто динаміку руху заряджених частинок плазми та їх взаємодію з частинками порошку. З використанням одержаних результатів розраховано й експериментально досліджено розліт-відхилення частинок порошку у процесі конденсації іонів металу й обгрунтовано умови, за яких таке відхилення буде неможливим або мінімальним. Розроблено технологічні рекомендації, які дозволяють одержувати плаковані порошки з високою адгезією металевої оболонки з керамічним ядром, які можуть успішно застосовуватись у нанесенні газотермічних покриттів. Встановлено, що використання композиційних порошків оксиду алюмінію з тонкими плівками титану, алюмінію та міді забезпечує підвищення фізико-механічних властивостей і корозійну стійкість плазмових покриттів у порівнянні з використанням механічних сумішей порошків аналогічного складу.

  Скачати повний текст

Удосконалено математичну модель формування потоку плазми для утворення якісного покриття на деталях. Теоретично доведено залежність мікротвердості й адгезії покриттів від температури підкладки з урахуванням наноструктурного фактора. Розроблено модель розрахунку додаткового джерела іонізації. Із застосуванням запропонованої моделі вперше доведено можливість використання джерела магнетронного типу для додаткової іонізації реактивного газу та фокусування металевої плазми вакуумного дугового джерела. Розраховано технологічні параметри комбінованої технології. Досліджено взаємодію потоків плазми утворених різними за принципами джерелами, вивчено їх поведінку за умов стаціонарних і рухливих магнітних полів. Виявлено, що використання джерел магнетронного типу дозволяє керувати густиною іонного струму на підкладу, що надає можливість керувати її температурою під час росту покриття. Запропоновано технологію зі скануванням магнітним полем, що дозволила вирівняти просторову нерівномірність потоків плазми з вакуумного дугового джерела та забезпечити рівномірність густини струму на підкладку й одержати рівнотовщинні покриття.

  Скачати повний текст

Створено технологію плазмового напилювання зносостійких покриттів економнолегованими матеріалами на основі порошків з відходів механічної обробки валкових чавунів. Досліджено структуру та морфологію порошків зі шламів валкових чавунів і встановлено їх технологічну придатність для газотермічного напилювання зносостійких покриттів без додаткового подрібнення. Виялено неоднорідність порошків зі шламів хромонікелевих валкових чавунів за хімічним складом та структурою. Запропоновано їх визначення як механічної суміші частинок з різним змістом і морфологією карбідних фаз. Вперше враховано вплив структурної неоднорідності чавунних порошків на умови їх плазмового нагрівання, а також структуру та фазовий склад покриттів. Виявлено принципові розбіжності у формуванні структури плазмових покриттів, напилених порошками високохромистих чавунів та їх механічними сумішами з порошком міді. Вперше досліджено триботехнічні характеристики композиційних плазмових покриттів з механічних сумішей порошків валкових чавунів з порошками нікелевого сплаву, що самофлюсуються, і міді.

  Скачати повний текст

Проаналізовано методи та засоби контролю витрат кисню пальника. Досліджено спектри потоку випромінювання продуктів згорання пальної суміші. Визначено діапазон вимірювання потоку випромінювання твердих частинок, удосконалено математичну модель полум'я пальника. Досліджено залежність потоку випромінювання частинок сажового вуглецю від витрат кисню пальника. Встановлено зв'язок напруги на виході приладу з потоком випромінювання твердих частинок. Удосконалено оптико-електронний прилад вимірювання потоку випромінювання частинок сажового вуглецю.

  Скачати повний текст

Встановлено загальні закономірності та виявлено найважливіші фізичні фактори, відповідальні за формування складу та структури тонких плівок, отримуваних термоіонним і реакційним термоіонним осадкуванням, різними модифікаціями магнетронного розпилення, методами активованого плазмою хімічного осадження та лазерного випаровування. Вирішено важливу фізико-технічну проблему плівкового матеріалознавства, що дозволяє науково обгрунтовано підходити до вибору оптимального методу одержання плівок з необхідними характеристиками. Установлено, що вигляд плівкоутворювальних частинок (атоми, атомні кластери, молекули) й енергія часток, які надходять на поверхню росту, для всіх методів осадження плівок є універсальними факторами, що визначають їх склад і структуру. Ці фактори визначаються методом осаджування плівки і залежать від фізико-технологічних параметрів процесу. Показано, що умовами, які визначають повну керованість властивостями плівок, є атомарний склад плівкоутворювальних частинок і регульована енергія частинок, що бомбардують поверхню росту. Присутність на поверхні конденсації поряд з атомами молекул сполук і неконтрольоване бомбардування швидкими частинками зростаючої плівки істотно перешкоджають формуванню плівок з досконалим складом і структурою та ускладнюють керування процесом їх осаджування. Отримані результати дозволяють прогнозувати характеристики плівок залежно від методу їх осаджування та керувати ними.

  Скачати повний текст

Досліджено процеси лазерного та гібридного лазерно-плазмового нанесення покриттів. Розроблено фізико-математичні моделі лазерного та комбінованого нагрівання частинок дисперсних матеріалів, на підставі яких визначено нові способи керування тепловими характеристиками напилюваних частинок. Удосконалено теорію взаємодії лазерного випромінювання з дрібнодисперсними частинками. На основі розв'язання задачі дифракції електромагнітної хвилі на неоднорідно нагрітій сферичній частинці одержано формули для розрахунку характеристик поглинання та розсіювання лазерного випромінювання напилюваними частинками. Запропоновано математичну модель лазерного та лазерно-плазмового нагрівнаня частинок дисперсних матеріалів і показано, що лазерне нагрівання керамічних частинок характеризується істотною неоднорідністю температурного поля й оптичних властивостей матеріалу частинки. Доведено можливість керування температурним полем напилюваних частинок, за рахунок відповідної комбінації лазерного та плазмового нагрівання. Розроблено математичну модель процесів руху та нагрівання окремих частинок за умов лазерного, плазмового та гібридного напилювання керамічних покриттів. Дану модель узагальнено на випадок урахування розсіювання та поглинання лазерного пучка всією сукупністю напилюваних частинок. Запропоновано конструкцію та створено дослідний зразок інтегрованого лазерно-дугового плазмотрона непрямої дії, призначеного для нанесення покриттів. Доведено перспективність його використання для напилювання різноманітних керамічних і металевих матеріалів, а також для нанесення алмазних та алмазоподібних покриттів.

  Скачати повний текст

Досліджено структурні й електрофізичні характеристики нанокристалічних Cr - N та V - N покриттів, а також їх радіаційну стійкість і механічну міцність. Для одержання даного типу покриттів використано технологію іонно-стимульованого осадження, яка об'єднує випаровування атомів і молекул металу та бомбардування газовими іонами, які мають енергію у декілька десятків keB. На підставі результатів математичного моделювання даного процесу доведено, що внаслідок різниці у глибинах залягання іонів та утворюваних дефектів умови, за яких зароджується та формується структура є різними. На підставі вивчення особливостей створення покриттів зроблено висновок, що структура сформованого Cr - N матеріалу є нанокристалічною з розміром зерна 3 - 6 нм з вузькими межами. Показано, що бомбардування іонами азоту таких покриттів на початковому етапі призводить до заповнення вільних зв'язків між атомами металу та азоту, внаслідок якого утворюються стехіометричні фази CrN та VN. Встановлено влив підвищення дози опромінення CrN покриття на зростання великих (100 - 200 нм) зон з різною текстурою росту, внаслідок якого електроопір зростає. Встановлено відсутність видимих змін у структурі VN композиту та підвищення електроопору. У разі опромінення іонами гелію основна його частина дифундує на межі зерен і утворює газові комплекси - He - Nv. З'ясовано, що у разі застосування максимальних доз опромінення відбувається збільшення тиску у цих комплексах і руйнування Cr - N покриттів. Показано, що V - N покриття більш стабільні. Виявлено, що за умов підвищення тиску у газових комплексах частина гелію дифундує по межі зерен до поверхні покриття та залишає його, а руйнування не відбувається. Встановлено, що використання високоенергетичних іонів в іонно-стимульованій технології суттєво активізує процес зчеплення покриттів з основою. Виявлено, що збільшення кількості пор у покритті посилює зчеплення. Показано, що інтенсивне перемішування покриття з більш м'яким матеріалом підкладки негативно позначається на твердості покриття. З'ясовано, що даний ефект призводить до зменшення твердості за умов збільшення адгезії.

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено проблемі дослідження, розробки та впровадження технології та металевих матеріалів для нанесення газотермічних покриттів з аморфною структурою із підвищеними фізико-механічними та електрофізичними властивостями. Розроблено новий напрям у технології газотермічного напилення, що грунтується на прогнозуванні процесів теплопереносу та структурного стану покриттів в залежності від основних технологічних факторів вибору на основі цього оптимальних складів та режимів напилення, які забезпечують максимальну аморфізацію напилених шарів. Встановлено закономірності підвищення міцності зчеплення газотермічних покриттів з основою, втомливої міцності, зносо- та корозійної стійкості, покращання магнітом'яких характеристик із зростанням в них вмісту аморфної фази. Запропоновано спеціалізовані матеріали серії "АМОТЕК" та технологічні процеси газотермічного напилення аморфізованих покриттів, високу ефективність яких обгрунтовано теоретично і підтверджено практично.

  Скачати повний текст

Запропоновано новий концептуальний підхід до створення кавітаційностійких покриттів. Розроблено фізичні критерії вибору захисних матеріалів, що грунтуються на аналізі хвильових процесів, що відбуваються під час поширення ударних хвиль за умов кавітації. Запропоновано матеріалознавчі критерії оптимізації структури та складу, які базуються на принципах теорії зношування та дозволяють оцінювати стійкість покриттів за умов кавітації, враховуючи характеристики - мікротвердість і тріщиностійкість. Критерії вибору оптимальних технологій враховують технологічність методу нанесення покриття щодо можливості створення однорідних покриттів достатньої товщини за відносно короткий час, можливості одержання покриття на складних тривимірних виробах. Розроблені критерії використано під час створення нового класу покриттів на основі боридів і карбідів перехідних металів, одержаних за методом хіміко-термічної обробки, запропоновано раціональні режими одержання покриттів й оптимальні суміші насичувальних порошкових середовищ.

  Скачати повний текст

Одержано залежність впливу температурного режиму обробки на зміну структури покриття та перехідної зони. З використанням методу математичного моделювання оцінено температурне поле за умов нанесення покриттів за плазмово-порошковим методом, що дозволило одержати відомості щодо впливу тепловкладення в розподіл температур за перетином покриття та перехідної зони. На підставі одержаних даних рекомендовано параметри обробки. Шляхом планування експерименту оцінено вплив параметрів нанесення покриттів плазмово-порошковим методом. Одержано рівняння регресії, що описують вплив швидкості обертання деталі, величини сили струму та проведення операції попередньої термообробки для зняття напруг і стабілізації структури на величину зони термічного впливу, рівень мікротвердості та її однорідність за перерізом покриття. Економічний ефект, одержаний завдяки впровадженню технології підвищення довговічності колінчастих валів нанесенням розробленого складу покриття з використанням плазмово-прошкового методу за відновлення 1 000 шт становив 279 093 грн.

  Скачати повний текст

Розроблено теоретичні засади технології газополуменевого напилення матеріалів з низькою теплопровідністю на прикладі склоемалей і композицій на їх основі. Теоретично доведено та експериментально підтверджено можливість нанесення покрить з матеріалів з низькою теплопровідністю газополуменевим напиленням з подовженим факелом. Обгрунтовано доцільність використання методу голкофрезерування для підготовки поверхні під напилення. Розроблено оптимальний склад і досліджено властивості корозійностійких склоемальових покриттів з підвищеною ударною міцністю за рахунок додаткового введення до складу металевих порошків ніхрому ПХ20Н80 та ферохрому ФХ-800.

  Скачати повний текст