Анотація до роботи:

Корнієнко А. О. Формування триботехнічних властивостей композиційних електролітичних покриттів на основі нікелю створенням градієнтних структур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 – тертя та зношування в машинах. – Національний авіаційний університет, Київ, 2007.

Дисертацію присвячено розробленню градієнтних композиційних електролітичних покриттів зміцнених макро- та наночастинками з керованими триботехнічними властивостями. Проведено аналітичні дослідження напружено-деформованого стану одно- та багатошарових градієнтних КЕП, навантажених силами тертя. Експериментально встановлено оптимальні щодо зносостійкості будову та режими нанесення КЕП Ni-SiC. Визначено вплив кількості та розміру частинок наповнювача на триботехнічні властивості покриттів. Проведенням експериментальних досліджень впливу градієнта будови КЕП на триботехнічні властивості встановлено, що більш високою зносостійкістю характеризуються градієнтні КЕП з “прямим” градієнтом будови, що узгоджується з теоретичними розрахунками напружено-деформованого стану. Дослідженнями встановлено, що із введенням одночасно макро- та наночастинок в КЕП значно підвищується зносостійкість таких покриттів. Показано, що оплавленням покриттів Ni-SiC, які містять додатково бор, можна значно підвищити їх фізико-механічні властивості та зносостійкість. При цьому для оплавлення більш ефективним є застосування лазера, а створення дискретно-оплавлених покриттів дозволяє отримати значно вищі триботехнічні властивості порівняно з повністю оплавленими покриттями.

На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень у дисертації вирішено важливе науково-технічне завдання – розроблення градієнтних електролітичних покриттів на нікелевій основі з керованими триботехнічними властивостями:

1. На підставі аналітичних розрахунків напружено-деформованого стану КЕП, навантажених силами тертя, встановлено, що композиції, які містять 30 – 40 % об’ємних часток зміцнювальних включень, мають мінімальні локальні дотичні напруження у матриці. Показано, що для композиційних матеріалів, у яких механічні властивості компонентів і матриці близькі, концентрація напружень зменшується зі збереженням характеру її зміни від умісту зміцнювальної фази. Вищими механічними властивостями характеризуються покриття із стовпчастою будовою зміцнювальних фаз.

2. Проведено дослідження напружено-деформованого стану багатошарових композицій. Показано, що максимальні напруження, як дотичні, так і нормальні, зосереджуються у верхньому шарі і в міру віддалення від поверхні поступово зменшуються; у багатошарових покриттях максимальні напруження виникають на поверхні та в шарі з найвищими механічними властивостями; зі збільшенням коефіцієнта тертя м збільшуються дотичні напруження та нормальні напруження розтягу. Встановлено, що із нанесенням покриттів на градієнтний підшар відбувається значний перерозподіл напружень та їх зменшення. Найменшими напруженнями характеризуються покриття нанесені на градієнтний підшар з “прямим” градієнтом властивостей.

3. Дослідженнями впливу кількості та розміру частинок наповнювача на триботехнічні властивості покриттів установлено, що найвищою зносостійкістю характеризуються нікелеві КЕП з наповнювачем фракції 28/20 мкм, об’ємна частинка якого становить 20 – 25 %. За такого вмісту наповнювача відношення міжцентрової відстані частинок до їх розміру L/d становить 3. При L/d<3 внаслідок зменшення відстані між частиками (об’ємна частка більше 40 %) відбувається значне локальне зміцнення матриці, що призводить до зниження міцності композиції через утворення тріщин на ослаблених межах розділу частинка – частинка. Якщо L/d >>3, то зміцнення буде не суттєвим і <у₁>/<у_пл>_м наближується до одиниці.

4. Установлено вплив структурного градієнта на зносостійкість КЕП. Порівняно з аналогічними одношаровими покриттями зносостійкість КЕП із “прямим” градієнтом будови, тобто покриттів, у яких шари розміщуються від основи у порядку зменшення в них умісту та розміру частинок наповнювача і верхнім є найбільш зносостійкий шар (з включеннями SiC дисперсністю 20 – 28 мкм), підвищується в 1,5 – 2 рази. Це пояснюється сприятливим розподілом напружень, які виникають під час тертя, що узгоджується з теоретичними розрахунками напружено-деформованого стану.

5. Уперше встановлено, що ефективним щодо підвищення зносостійкості КЕП є введення у пластичну нікелеву матрицю одночасно частинок SiC двох фракцій: наночастинки (близько 50 нм) для дисперсного зміцнення матриці та макрочастинки (28/20 мкм). Зносостійкість таких композицій в 1,3 разу вища, ніж покриттів з частинками фракції 28/20 мкм та на порядок більша ніж у КЕП зміцнених лише наночастинками.

6. Установлено, що термічна обробка КЕП складу Ni+B+SiC значно підвищує їх триботехнічні властивості завдяки отриманню в покриттях включень боридів Ni₃В та евтектики Ni–Ni₃В, особливо за високих навантажень. Показано, що введення частинок SiC значно підвищує зносостійкість оплавлених КЕП порівняно з покриттями складу Ni+B.

7. Показано, що порівняно з покриттями, оплавленими у вакуумі, лазерна обробка покриттів значно підвищує їх триботехнічні властивості за рахунок більшої дисперсності структурних складових, що характеризуються вищими механічними властивостями. Визначено, що дискретно-оплавлені покриття зі створенням структури стовпчастого типу характеризуються вищими триботехнічними властивостями та встановлено оптимальну площу оплавлення 25 – 40%. Порівняно з суцільно оплавленими покриттями зносостійкість таких покриттів у три рази вища.

8. Розроблені КЕП Ni+SiC у міру зростання їх зносостійкості розміщуються таким чином: одношарові покриття із включеннями фракції 28/20 мкм; покриття із співосадженими макро- та наночастинками; покриття з частинками фракції 28/20 мкм нанесені на підшар з “прямим” градієнтом будови; термічно оброблені покриттяNi+B+SiC у разі їх суцільного оплавлення у вакуумі, лазером та дискретним оплавленням смугами і точками.

9. Результати виконаних досліджень дозволили розробити необхідні рекомендації щодо формування КЕП з високими триботехнічними властивостями. Виробничі випробування технологічного процесу зміцнення і відновлення деталей КЕП системи Ni–SiC виконано без зауважень і показали підвищення довговічності в 1,5 –2 рази порівняно із заводською технологією виготовлення. Результати роботи використовуються в навчальному процесі при читанні курсу “Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів” у Національному авіаційному університеті.

Публікації автора:

1.Вплив структури на закономірності припрацювання евтектичних сплавів / М. В. Кіндрачук, М. Е. Кульгавая, А. О. Корнієнко, Г. К. Веласкес // Проблеми трибології. –2004.–№ 3,4.–С. 113–117.

2.Закономірності кавітаційного зношування сформованих концентрованими джерелами енергії евтектичних покрить / М. В. Кіндрачук, А. О. Корнієнко, В. В. Постернак та ін. // Вісн. Терноп. держ. техн. ун-ту. – 2005. – № 1. – С. 42–48.

3. Кіндрачук М.В., Лучка М.В., Корнієнко А.О. Експериментально-аналітичні дослідження триботехнічних характеристик покриттів матрично-наповненого типу // Проблеми трибології. –2005. – № 2. – С. 74–80.

4.Формування зносостійких композиційних електролітичних покриттів, зміцнених наночастинками карбіду кремнію / М. В. Кіндрачук, М. В. Лучка,А. О. Корнієнко, Я. П. Замора // Металознавство та обробка металів. –2005. – № 2. – С. 3-8.

5.Напружено-деформований стан композиційного матеріалу, навантаженогосиламитертятатемпературою/М.В.Кіндрачук,А. О. Корнієнко, С. В. Федорчук, О. В. Тісов // Проблеми трибології. –2006. – № 1. – С. 153–157.

6.Формування метастабільності та триботехнічних властивостей евтектичних покриттів термоциклічною обробкою / М. В. Кіндрачук, Д. І. Мансур, С. В. Федорчук, А. О. Корнієнко // Технологічні системи. – 2006. – №2. – С. 59–63.

7.Корнієнко А. О. Разработка износостойких композиционных электролитических покрытий с использованием дискретной обработки лазером // Проблеми тертя та зношування. – 2006. – Вип. №46. – С. 185–192.

8.Корнієнко А. О., Бівойно Т. П. Вплив складу та структури композиційних електролітичних покриттів на зносостійкість вуглецевої сталі // Матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції студентів та молодих вчених “Політ-2004” (15–16 квітня 2004 р.). –К.: НАУ, 2004. – С. 18.

9.Формування зносостійких композиційних покриттів з урахуванням їх напружено-деформованого стану / М. В. Кіндрачук, М. В. Лучка, А. О. Корнієнко, Я. П. Замора // Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції “Авіа-2004”, т. 3 (26–28 вересня 2004 р.). – К.: НАУ, 2004. – С. 36.27–36.3.

10.Закономірності кавітаційного зношування сформованих концентрованими джерелами енергії евтектичних покрить / М. В. Кіндрачук, А. О. Корнієнко, В. В. Постернак та ін. // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “DSR-2004” (4–7 жовтня 2004 р.). – Тернопіль: Терноп. держ. техн. ун-т, 2004. – С. 355–360.

11.Корнієнко А.О. Інженерія та трибологічні властивості одно- та багатошарових композиційних електролітичних покриттів // Матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції студентів та молодих учених “Політ-2005 (12–13 травня 2005 р.). – К.: НАУ, 2005. – С. 6.

12. Кіндрачук М. В., Лучка М. В., Корнієнко А. О. Формування зносостійких композиційних електролітичних покриттів градієнтного типу // Матеріали 7 міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові (18-20 травня 2005 р.). – Л.: “Львівська політехніка”, 2005. – С. 118–119.

13.Трибоинженерия композиционных электролитических покрытий градиентного типа / А. А. Корниенко, М. В. Киндрачук, М. В. Лучка та ін.// Тезисы докладов международной конференции „Современное материаловедение: достижение и проблемы „MMS-2005” (26-30 вересня 2005 р.). –К.: ІПМ НАНУ, 2005. – С. 530–531.

14. Кіндрачук М. В., Корнієнко А. О. Формування композиційних електролітичних покриттів системи Ni-SiC // Матеріали Х Міжнародної науково-технічної конференції “Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх оброблення для підвищення надійності та довговічності виробів” (20-22 вересня 2005 р.). – Запоріжжя: ЗНТУ, 2005. – С. 28–30.

15. Федорчук С. В., Корнієнко А. О., Тісов О. В. Формування напружено-деформованого стану та нестаціонарних термічних полів у композиційному матеріалі при терті // Матеріали VIІ Міжнародної науково-технічної конференції “Авіа-2006”, т. 2 (25–27 вересня 2006 р.). –К.: НАУ, 2006. – С. 3.132–3.135.

Особистий внесок здобувача в публікаціях: у працях [1; 2; 6; 10] – проведення випробувань на тертя та зношування та металографічних досліджень; у працях [3; 4; 8; 9; 13; 14] – нанесення композиційних електролітичних покриттів, проведення випробувань, обробка результатів, виконання металографічних дослідження та формулювання висновків; у працях [5; 15] – проведення розрахунків напружено-деформованого стану композиційних покриттів та обробка результатів.