Наведено вирази для розрахунку еквівалентних напружень у покритті. Одержано графіки залежностей еквівалентних напружень від різниці коефіцієнтів Пуассона основи та покриття. Показано, що величини максимальних нормальних та еквівалентних напружень для різних покриттів добре описуються розрахунковими залежностями. Аналіз одержаних результатів свідчить про необхідність врахування впливу коефіцієнта Пауссона покриття на еквівалентні напруження та, відповідно, на граничний напружений стан у покритті під час розрахунків конструктивних елементів із покриттями на міцність та експериментального визначення когезійної міцності в разі лабораторних випробувань. У процессі проектування елементів конструкцій з покриттями необхідно наближатися до такого співвідношення пружних властивостей основи та покриття, за якого величина еквівалентних напружень у покритті є мінімальною.

Розглянуто вплив модуля пружності покриття на його міцнісні та деформаційні характеристики, а також залишкові напруження в ньому. Дотичні та нормальні напруження, що виникають в основі та покритті, залежать від модуля пружності останнього. Зроблено висновок, що під час проектування систем основа - покриття необхідно наближатися до оптимального співвідношення їх пружних властивостей. Запропоновано оригінальний підхід до нанесення захисних структурно-неоднорідних покриттів, у яких на відміну від функціонально-градієнтних матеріалів плавно змінюється не склад, а структура.

Досліджено вплив товщини покриттів на їх модуль пружності. Розроблено методику визначення модуля пружності покриття під час розтягування. Модулі пружності покриттів визначали випробуванням металевих стандартних зразків з напиленим покриттям на розтяг. Відзначено, що в разі збільшення товщини покриття його модуль пружності зменшується. Показано, що залежність між модулем пружності та товщиною плазмових покриттів добре описується експоненціальним рівнянням.

Розв'язано задачу теорії пружності для системи основа - покриття за різних конфігурацій вільного краю покриття. Розглянуто бігармонічне рівняння теорії пружності в полярних координатах, для розв'язку якого запропоновано використовувати функцію Ері. Одержано залежності коефіцієнта сингулярності від співвідношення пружних характеристик і конфігурації вільного краю покриття. Знайдено порядок сингулярності полів напружень для плазмових покриттів. Показано, що в окремих випадках задача вироджується в задачу механіки руйнування або в задачу теорії пружності для однорідних клинів і вирізів.

Предложен подход, позволяющий аналитически определить распределение нормальных и касательных напряжений в пластине с двухслойным покрытием. Показано, что благодаря оптимальному выбору конструктивных и технологических параметров системы основа - покрытие можно снизить уровень напряжений в покрытиях. Отмечено, что научно обоснованные рекомендации по снижению напряжений в системе основа - покрытие необходимы конструкторам и технологам.

На сучасній елементній базі розроблено та виготовлено шістнадцятиканальну систему для дослідження зразків на ізотермічну і термоциклічну повзучість. Система дозволяє здійснювати неперервне вимірювання протягом тривалого часу деформації, зусилля і температури, а також накопичувати та зберігати результати експериментів. У ході досліджень зразки можна нагрівати до температури 1 700 <$E symbol Р>С. Ізотермічні і термоциклічні дослідження зразків, які знаходяться під дією зусиль розтягу, дозволяють імітувати роботу елементів конструкцій за умов складної зміни силових і термічних навантажень.

Досліджено вплив стану поверхні на адгезійні властивості покриттів. На поверхню нержавіючої сталі нанесено покриття з різних матеріалів на мікроплазмовій установці. Для нанесення плазмових покриттів використано кобальт-хромовий сплав, сплав титану ВТ1-00 і нержавіючу сталь. Досліджено вплив дисперсності порошку, режимів напилювання та товщини покриття на шорсткість поверхні. Показано, що для підвищення адгезійних властивостей зовнішніх функціональних покриттів необхідно використовувати плазмонапилені підшари з розгалуженим мікрорельєфом поверхні. Наведено профілограми досліджених поверхень та описано механізм відшарування покриттів від нерівної поверхні.

Одержано багатофакторну модель визначення міцності плазмонапиленого покриття залежно від технологічних факторів його нанесення.

Рассмотрены особенности деформирования и разрушения функциональных покрытий, различные методы их нанесения. Проанализированы механизмы разрушения покрытий и методы определения механических свойств системы основа-покрытие. Рассмотрены проблемы в области стандартизации при определении прочностных свойств покрытий. Приведены различные аналитические подходы к определению распределения нормальных и касательных напряжений в одно- и двухслойных покрытиях. Приведен ряд разработанных методик для определения упругих и прочностных свойств покрытий. Описаны методики определения адгезионной и когезионной прочностей одно- и двухслойных покрытий при испытаниях плоских образцов на растяжение. Исследованы влияние технологических факторов на механические свойства покрытий, полученных методом плазменного напыления, а также влияние магнитной обработки, ультрафиолетового облучения и электроискрового гидроудара на механические свойства полимерных композиционных покрытий.

Исследованы различные подходы к определению остаточных напряжений в полимерных покрытиях при консольном изгибе образцов. На примере эпоксидных покрытий показано, что расчет остаточных напряжений без учета релаксации напряжений при изгибе покрытия может давать заниженные почти в два раза значения остаточных напряжений.

Исследованы упругие свойства и адгезионная прочность двухслойных плазменных покрытий, полученных плазменным напылением порошка оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, на подслой из сплава CoNiCrAlY. Предложена расчетная схема для оценки распределения нормальных и касательных напряжений в двухслойном покрытии. Установлены механизмы разрушения керамического плазменного покрытия с металлическим подслоем. Показано, что после приложения растягивающей нагрузки в керамическом внешнем слое образуются многочисленные трещины, которые развиваются в металлический подслой, приводя к последующему отслоению керамического покрытия. При увеличении толщины внешнего слоя механизм разрушения изменяется.

Проанализированы аналитические модели определения напряженного состояния в системе основа - покрытие при нагружении основы. Показано, что результаты, полученные по этим моделям, различаются. Отмечено, что преимущество аналитических методов перед численным анализом заключается в возможности расчета напряжений в области сингулярности в окрестности свободного края покрытия. Проанализирован характер распределения касательных напряжений при использовании аналитических моделей. Приведены примеры применения различных подходов к определению критических касательных напряжений, которые характеризуют адгезионную прочность покрытий. Анализ литературных источников показывает, что при исследовании адгезионной прочности покрытий используются как простые, так и более сложные аналитические модели.

Исследованы механические характеристики эпоксидных нанокомпозитов с частицами ультрадисперсного алмаза в качестве наполнителя. Показано, что добавление частиц ультрадисперсного алмаза концентрацией 0,05 мас.ч на 100 мас.ч эпоксидного связующего максимально увеличивает предел прочности при изгибе и снижает остаточные напряжения в композите. Кроме того, повышается модуль упругости композиционного материала. Методом ИК-спектрального анализа установлена химическая активность поверхности частиц нанонаполнителя, обеспечивающая при сшивании эпоксидных композиционных материалов повышение физико-механических свойств. Поверхность излома нанокомпозитных материалов исследована методом оптической микроскопии. На основе анализа топологии излома эпоксидных наноматериалов выявлена упорядоченная структура без видимых включений, что свидетельствует о максимальной степени сшивания композиционных материалов при концентрации ультрадисперсного алмаза 0,05 мас.ч. Равномерное распределение напряжений в объеме исследованных материапов говорит о термодинамическом равновесии в системах после сшивания.

Нині для захисту деталей машин, що працюють за умов високих навантажень і температур, абразивного зношення та впливу агресивних середовищ, широко використовуються плазмово напилені покриття. Мета дослідження - підвищення фізико-механічних характеристик плазмово напилених покриттів завдяки модифікуванню нанодисперсними сполуками оксиду титану. Проведено експериментальні дослідження корозійної стійкості, мікротвердості, залишкових напружень і адгезійної міцності плазмово напилених покриттів на основі керамічного порошку оксиду алюмінію з добавкою нанодисперсного оксиду титану. Встановлено, що додавання нанодисперсних порошків оксиду титану до порошку оксиду алюмінію сприяє підвищенню корозійної стійкості в 2,8 разу в середовищі 10 %-ного розчину соляної кислоти. Адгезійна міцність керамічних наномодифікованих покриттів зростає на 15 - 20 %. Висновки: встановлено позитивний вплив нанодисперсних порошків на фізико-механічні та трибологічні характеристики плазмово напилених покриттів.

Проведено експериментальні дослідження зносостійкості та корозійної стійкості плазмово-напилених покриттів на основі самофлюсівного порошку ПГ-СР2 (система Ni - Cr - B - Si) з добавкою нанодисперсного оксиду Al2O3 і на основі керамічного порошку оксиду алюмінію з добавкою нанодисперсного оксиду TiO2. Встановлено, що при додаванні нанодисперсного Al2O3 до складу самофлюсівного порошку зносостійкість плазмово-напилених покриттів підвищується у 2,5 - 3 рази, а додавання нанодисперсного TiO2 до керамічного порошку оксиду алюмінію призводить до підвищення корозійної стійкості у 2,8 рази у середовищі 7 % розчині сірчаної кислоти.

При формировании нанокомпозитных материалов используется эпоксидный диановый олигомер ЭД-20, в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин, наполнителя - ультрадисперсный алмаз с размером частиц 4 - 6 нм. При этом эпоксидную диановую смолу ЭД-20 подогревали до температуры 353 К и проводили гидродинамическое смешивание олигомера и нанонаполнителя с последующей ультразвуковой обработкой композиции. Исследовано влияние концентрации наночастиц ультрадисперсного алмаза на адгезионные свойства композитов. Адгезионные характеристики материалов определят путем измерения разрушающих напряжений при равномерном отрыве склеенных цилиндрических образцов. Прочность сцепления при сдвиге исследовали путем измерения усилия при отрыве плоских металлических образцов, соединенных внахлестку с помощью адгезива (нанокомпозитного материала). Площадь склеивания образцов при испытаниях на отрыв и сдвиг была одинаковой. При концентрации наночастиц 1,010 - 0,025 мас.ч на 100 мас.ч эпоксидного олигомера ЭД-20 прочность сцепления при отрыве составляет 25,0 - 26,3 МПа. Установлено, что с введением наночастиц оптимальной концентрации прочность сцепления при отрыве повышается в 1,5 раза (до 34,3 МПа), при сдвиге - в 1,3 раза (до 10,8 МПа) по сравнению с необработанной матрицей. После введения наночастиц концентрацией 0,075 - 1,0 мас.ч адгезионная прочность материалов снижается. Исследована поверхность отрыва соединения нанокомпозитное покрытие - металлическая основа. Показано, что прочность сцепления при отрыве покрытия с когезионным характером разрушения максимальная, в то время как прочность сцепления при сдвиге покрытия со смешанным (адгезионно-когезионным) характером разрушения - повышена.