«Ефективні нанопокриття для промислового використання»

850529295Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка (ХНТУСГ імені Петра Василенка) разом з Харківським національним науковим центром «Харківський фізико-технічний інститут» (ХННЦ «ХФТІ») подають цикл робіт молодих вчених-дослідників на здобуття премії Національної академії наук України імені М.М. Доброхотова, згідно наукового напряму – проблеми матеріалознавства.
У конкурсі приймають участь талановиті молоді вчені:

  • Мальцев Тарас Віталійович, аспірант;
  • Коваленко Ольга Володимирівна, інженер І категорії (подала завершену роботу до захисту на пошук наукового ступеню кандидата технічних наук);
  • Місірук Іван Олександрович, молодший науковий співробітник.

Протягом останніх 12 років наукові та промислові підприємства Харківщини об’єднали свої знання, експериментальні бази для проведення досліджень і їх впровадження, згідно таких розробок, з використанням нових напрямів, які відрізняються значним не тільки технічним, а і економічним ефектом.
Такі дослідження базувались на двох основних напрямах:

  • перший – зміцнення робочих поверхонь при відновленні зношених деталей машин модифікуванням з використанням вторинної сировини від утилізації певного набору боєприпасів, в яких завершився термін зберігання. Таку сировину розподіляли на різні фракції та проводили спеціальну обробку за фракціями складових і властивостями. Нова сировина включає нано- та дисперсні алмази, що за рахунок її введення дозволяє знизити температуру рідкої вани при наплавленні та відновлювати без створення дефектів різні матеріали, в тому числі і сірі чавуни.
  • другий – цикл робіт з використання нанопокриттів для підвищення експлуатаційних показників виробів, до яких пред’являються різні вимоги, що оговорені нормативно-технічною документацією на їх виробництво та використання.

Представлена робота на здобуття Премії для молодих вчених Національної Академії наук України включає розробки циклу робіт, згідно другого напряму та виконувалась як в ХНТУСГ імені Петра Василенка та ХННЦ «ХФТІ», а крім того і на промислових підприємствах, що дозволило ефективно і оперативно корегувати параметри нанесення покриттів, згідно вимог виробництва.
При виконанні розробок молоді вчені не тільки забезпечували необхідні параметри нанесення покриттів, але й приймали участь у створенні спеціальних приладів, обладнання для обробки деталей та стендових випробувань.
Для опису процесів , що відбуваються при нанесенні покриттів та їх змін у експлуатації молоді вчені даної роботи використовували теоретичні і комплексні методи оцінки, які найбільш достовірно їх виявляли. Для теоретичних оцінок були використані математичні програми «Diamond», «Origin», «Strim», а також і спеціально розроблений оптико-математичний метод, який дозволяє чітко оцінити частку фаз, їх зміну при експлуатації, а також взаємозв’язок, який гарантує стабільність експлуатації, наприклад, при створенні зон стиснення та розрідження при циклічному навантаженні у експлуатації деталей.
Представлена робота молодих вчених виконувалась на таких підприємствах, як Державне підприємство «Завод імені В.О. Малишева» (ДП «ЗіМ»), сільгосппідприємствах, що використовують прилади з нанопокриттями. Це і ремонтні підприємства Харківського регіону.
Основні деталі які впроваджуються на ДП «ЗіМ» – це поршневі кільця. Їх використовують для різної техніки, в тому числі і для спеціальної. Умови експлуатації суттєво відрізняються, тому дослідники приділили цьому велике значення, оскільки це потребує конкретного корегування по товщині покриття, яке можливо забезпечити лише з урахуванням властивостей багатошаровими нанопокриттями та ще з різних композицій. В процесі розробки таких композицій проводили стендові випробування, які моделювали умови та параметри експлуатації. Новітні підходи та технології захищені трьома патентами України та отримано одне позитивне рішення на – четвертий. Встановлено, що зносостійкість багатошарових покриттів різного складу, з урахуванням умов та параметрів експлуатації, підвищується в 12 – 15 разів.
В роботі представлені розробки і по пошуку нових плівкових покриттів, які б можливо було перетворити після одержання з аморфного стану у однорідний кристалічний, та ще й з забезпеченням необхідних магнітних властивостей. На основі досліджень різних композицій одержано плівкове покриття з такими властивостями, яке ефективне для роботи приладів, що використовуються при висушувані зерна на сільгосппідприємствах. Для досягнення однорідного кристалічного стану плівкового покриття було обґрунтовано та додатково використано спеціальну композицію і термічну обробку, іонну імплантацію. Така технологія одержання покриття захищена патентом України. Якісна та надійна робота таких приладів до 500 шт. забезпечить економічний ефект у виробництві 563 тис. грн. на рік. Ця розробка є завершеним дослідженням, з експериментальним та теоретично обґрунтованим і досягнутим результатом.
Дослідницькі роботи, які проводились в ХННЦ «ХФТІ» в більшій мірі спрямовані на оцінювання впливу параметрів обробки та структуроутворення, а також корегування параметрів для досягнення необхідних властивостей. Аналізували зміну властивостей у різних матеріалах (сталі, титану) під дією потоків іонів різних компонентів N, C та CmHn. Оцінена швидкість нового процесу оксидування титану, що використовується у подальших процесах зміцнення. При цьому встановлено, що обробка іонами впливає на мікротвердість покриття, яка збільшується в 1,5 рази для різних матеріалів.
В роботах, згідно цього напряму досліджень, надаються рекомендації по корегуванню локального іоно-променевого впливу для регулювання товщини шарів з високою точністю. Виявлена можливість регулювання товщини плівок на поверхні підкладок. Це дозволяє також зменшити її неоднорідність.
Такі розробки виконані на основі теоретичних розрахунків траєкторії руху іонів різних робочих газів у сфокусованому джерелі, що дозволило отримати залежності зміни температури від максимальної частини потужності та часу обробки.
Для одержання нітридних фаз при нанесенні покриттів теоретично та експериментально оцінено кінетику азотування. Моделювання процесу виконували з урахуванням можливості формування нових фаз, що є важливим при досягненні різних властивостей покриттів.
До представленої роботи додаються публікації молодих вчених, які в тому числі включені в міжнародні бази.
Всього пошукачами конкурсу опубліковано – 21 наукова праця, крім того, нові технічні рішення захищені 4-ма патентами України, та отримано одне позитивне рішення на корисну модель. Також, додаються три роботи Мальцева Т.В., які прийняті до публікації:

  • в журналі «Problems of Atomic Science and Technology», м. Харків, ХННЦ «ХФТІ», НАН України;
  • в журналі «Металофізика та новітні технології», м. Київ, Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України;
  • в журналі «Технология машиностроения», м. Москва, видавницький центр «Технология машиностроения» з наступним її перекладом в журналі «Сварочное производство» у Великій Британії.

Материал подготовила Ольга Силаева