Анотація до роботи:

Олексієнко С.О. Вплив неметалевих включень на підвищення довговічності конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – Матеріалознавство. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича, Національна академія наук України. – Київ, 2006.

Дисертація присвячена комплексній оцінці основних закономірностей впливу хімічної природи неметалевих включень (НМВ) в сталі на її довговічність та ефективність поверхневої модифікації і розробці на цій основі синергічних металохелатуючих композицій (СМХК) на вторинній сировині з пониженою екологічною небезпекою та з високою ефективністю підвищення довговічності сталі в агресивних середовищах наномасштабним поверхневим металохелатуванням.

Встановлено ряди небезпеки НМВ в сталі 20, Х18Н10Т модельних плавок: оксиди, нітриди, сульфіди та пластичні силікати) – за електрохімічною гетерогенністю, наводнюванням в NACE та ін. наводнювальних технологічних середовищах; за концентрацією термічних (мозаїчних), механічних напружень на міжфазній границі Ме-НМВ. Вперше виявлені нові фактори впливу НМВ на довговічність, експлуатаційну надійність, водневу деградацію сталі: електросорбційна валентність, за якою визначена превалююча роль оксидів в механізмі руйнування сталі – за участю позитивно заряджених іонів Н⁺ і сульфідів – за участю негативно заряджених іонів водню Н^-; негативний диференц-ефект, що пришвидшує руйнування сталі, в залежності від НМВ, при статичному та малоцикловому навантаженні. Розроблені, на основі кореляцій показників фізико-хімічних явищ на поверхні, в поверхневому шарі та об’ємі металу, з характеристиками синергістів, активні синергічні металохелатуючі композиції, ефективні для поверхневої модифікації сталі для підвищення її довговічності, експлуатаційної надійності та екологічної безпеки. Результати роботи знайшли практичне застосування на виробництві та в учбовому процесі.

В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової і прикладної задачі матеріалознавства – підвищення довговічності сталі, з врахуванням впливу неметалевих включень, поверхневою модифікацією наномасштабним металохелатуванням.

1. Розвинуто і поглиблено теоретичні уявлення про основні закономірності та механізм впливу неметалевих включень – НМВ (на прикладах сталі 20, Х18Н10Т модельних плавок): оксидів (глиноземисті шпінелі), сульфідів (FeSMnS), пластичних силікатів (хFeOуMnOzSiO₂) і нітридів титану (TiN) на довговічність сталі в експлуатаційних умовах, що базуються на оцінці термодинамічних та кінетичних параметрів гетерогенних процесів, адсорбції на поверхні сталі з різними НМВ, особливостях фізико-хімічних явищ в об’ємі та робочому шарі деталей (наводнювання) при їх статичному та малоцикловому навантаженні в технологічних середовищах з різною агресивністю.

2. Встановлені ряди небезпеки НМВ за електрохімічною гетерогенністю, наводнюванням (Сульфіди > Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди), за концентрацією на міжфазній границі Ме-НМВ термічних (мозаїчних) напружень s_tang (Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди), за відносним коефіцієнтом концентрації механічних напружень К_Е (Пластичні силікати > Сульфіди > Оксиди > > Нітриди).

За більшістю показників найменш небезпечні в середовищі NACE – нітридні неметалеві включення.

3. Виявлені суттєві впливові фактори дії НМВ на довговічність сталі в умовах водневої деградації. За електросорбційною валентністю f_N в механізмі руйнування за участю позитивно заряджених іонів водню Н⁺, превалююча роль належить оксидам: Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди > Сульфіди, а за участю Н^- – сульфідам: Сульфіди > Пластичні силікати > Нітриди > Оксиди; за негативним диференц-ефектом, що знижує довговічність при статичному та малоцикловому навантаженні сталі 20, ряд небезпеки НМВ становить: Сульфіди > Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди; для Х18Н10Т (Оксиди > Сульфіди > Нітриди); мінімальному струму обміну за воднем у нітридів відповідає найменше значення роботи виходу електрону Ф_м.

4. Розроблено наукові принципи створення ефективних синергічних металохелатуючих композицій (СМХК) на вторинній сировині (регіональні відходи виробництва: капролактам – ВАТ “Хімволокно”, МП – РХП “Азот” та ін.) для підвищення довговічності сталі, з різними НМВ, поверхневою модифікацією, які полягають у кількісній оцінці і встановленні чисельних кореляційних залежностей металофізичних, фізико-механічних властивостей сталі та фізико-хімічних СМХК (адсорбційні, захисні властивості та ін. – електронні та термодинамічні характеристики синергістів).

5. Розкрито природу адсорбційних явищ на сталях і встановлено вплив НМВ на хемосорбційні процеси при металохелатуванні та його активізацію при зниженні роботи виходу електрону та гальмування НДЕ: адсорбція здійснюється за двома механізмами – блокувальним та енергетичним на рівномірно-неоднорідній поверхні сталі (Сульфіди > Нітриди > Оксиди > Пластичні силікати), за ізотермою Тьомкіна. Розраховано коефіцієнти синергізму підвищення довговічності сталі наномасштабним поверхневим металохелатуванням з врахуванням впливу НМВ:
Сульфіди > Нітриди > Пластичні силікати > Оксиди (від 1,6 до 1,2), при малоцикловому навантаженні.

За більшістю показників найбільш благоприємні неметалеві включення – нітриди. Найбільш небезпечні НМВ в агресивному середовищі NACE – сульфіди.

6. Розроблено рецептуру оптимальної синергічної металохелатуючої композиції (СМХК), мастильно-охолоджувальної рідини (МОР) на вторинній сировині для підвищення довговічності сталі, з різними НМВ, ще на етапі формоутворення деталей та їх подальшої експлуатації в агресивних технологічних середовищах: К_кр в хлоридному середовищі з рН3 максимальний у нітридів (147,5), мінімальний – у сульфідів (115,0), показник наводнювання V_н в NACE мінімальний у нітридів (6,9), максимальний у оксидів (15,0), що обумовлює найвищу малоциклову витривалість у нітридів (15250 циклів до руйнування) і найменшу у – оксидів (9350).

7. Визначена прогнозна екологічна оцінка розроблених СМХК, МОР, що за сумарним індексом токсичності (К_,СМХК=21,2, К_,МОР=15,2) відносяться до 4 класу небезпеки – мало небезпечні матеріали, та встановлена техніко-економічна та соціально-екологічна ефективність підвищення довговічності сталі поверхневою модифікацією СМХК, МОР на вторинній сировині (з утилізацією відходів виробництва, споживання), що складає Е= Е_і = 65000грн/рік, із запобіжним екологічним збитком W = 42061 грн/рік.

8. Результати роботи знайшли практичне використання на виробництві: ВАТ “Хімволокно”, ВАТ “ЧеЗаРа”, ТОВ “ТехНова”, ВАТ “Чернігівський інструментальний завод”.

Публікації автора:

1. Підвищення корозійної стійкості, довговічності та екологічної безпеки конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією / В.Г.Старчак, С.О.Олексієнко К.М.Іваненко, Цибуля С.Д.// Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск . – 2006. – №4. – Т. 2. – С.784-788. (Здобувачу належать теоретичні та експериментальні дані, щодо впливу НМВ на взаємозв’язок термічних, механічних напружень на міжфазній границі з рівнем довговічності при статичному і малоцикловому навантаженні.)

2. Наукові основи підвищення екологічної безпеки металоконструкцій модифікацією їх поверхні в протикорозійному захисті / В.Г.Старчак, Н.П.Буяльська, С.Д.Цибуля, С.О.Олексієнко// Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск . – 2004. – №4. – Т. 2. – С.853-859. (Автору належать встановлені критерії вибору синергістів в композиції для поверхневої модифікації).

3. Повышение экологической безопасности и долговечности металлоконструкций в агрессивных средах / В.Г.Старчак, С.А.Алексеенко, К.Н.Иваненко, Н.П.Буяльская и др. // Оборудование и технологии термической обработки металлов. – Т.1. – Металловедение для машиностроения. – Харьков: НАНУ ННЦ ”ХФТІ”, 2006. – С.321-327. (Автору належать встановлені диференційовані парціальні ефекти металохелатування в залежності від НМВ; вклади хімічного та електрохімічного механізмів взаємодії сталі з HCl, H₂SO₄, NACE та їх зміна при металохелатуванні).

4. Старчак В.Г., Олексієнко С.О., Мартинюк О.Г. Підвищення екологічної безпеки та надійності металоконструкцій металургійними та технологічними методами // Екологія довкілля та БЖД. – 2004. – №2. – С. 75-78. (Здобувачу належать встановлені кореляційні залежності коефіцієнтів впливу водню, середовища від типу НМВ при малоцикловому навантаженні та їх зниження при поверхневій модифікації сталі).

5. Старчак В.Г., Алексеенко С.А., Иваненко К.Н., Цыбуля С.Д. Роль металлургических факторов в ресурсосбережении металлофонда Украины // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2006. – №3. – С.17-21. (Автору належать теоретичні та експериментальні дані, щодо встановлених факторів впливу НМВ на довговічність, витривалість сталі в технологічних середовищах).

6. Повышение надежности, долговечности, экологической безопасности конструкционных материалов наномасштабным поверхностным металлохелатированием / В.Г.Старчак, С.А.Алексеенко, К.Н.Иваненко, Н.П.Буяльская и др. // Техника машиностроения. – 2006. – №6. – С. 45-51. (Здобувачу належать наукові і прикладні розробки щодо наномасштабного поверхневого металохелатування та впливу НМВ на НДЕ).

7. Старчак В.Г., Иваненко К.Н., Алексеенко С.А. Обеспечение техногенной безопасности сварных конструкций экологически опасных производств // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2006. – №4. – С.19-23. (Автору належить встановлення термодинамічних параметрів і кінетичних, захисних, властивостей синергічних металохелатуючих композицій в залежності від НМВ.

8. Повышение долговечности материалов наномасштабным поверхностным металлохелатированием / В.Г.Старчак, С.Д.Цыбуля, К.Н.Иваненко, С.А.Алексеенко // Міжн. конф. "Современное материаловедение: достижения и проблемы". – К.: ІПМ НАНУ, 26-30 вересня 2005. – С. 540-541. (Здобувачу належать встановлені кінетичні особливості адсорбції ПАР – СД на сталі 20 і Х18Н10Т в залежності від НМВ).

9. Старчак В.Г., Алексеенко С.А., Мартынюк А.Г. Роль металлургического фактора в выносливости и долговечности металлоконструкций в агрессивных средах // V Міжн. конф. "Эффективность реализации научного, ресурсного и промышл. потенциала в современных условиях". – УИЦ НТТ, 21-25 лютого 2005. – С. 141-143. (Автору належать встановлені кінетичні та термодинамічні параметри взаємодії сталі 20 і Х18Н10Т з HCl, H₂SO₄, NACE та кореляції Dі = f(lgt) за і,t-кривими).

10. Старчак В.Г., Цибуля С.Д., Олексієнко С.О., Іваненко К.М. Соціально-екологічна та техн.-економ. ефективність застосування некондиційної фармпродукції для підвищення довговічності металоконструкцій в агресивних середовищах // Міжн. конф. "Поводження з відходами виробництва і споживання, медико-екологічні і економічні аспекти". – Київ: Тов-во “Знання” України, 28 лютого - 4 березня 2005. – С. 60-65. (Здобувачу належать теоретичні та експериментальні дані впливу НМВ в сталі 20 і Х18Н10Т на поверхневу модифікацію композиціями з НФП).

11. Старчак В.Г., Иваненко К.Н., Цыбуля С.Д., Алексеенко С.А. Эколого-экономическая эффективность противокоррозионной защиты оборудования производства химических волокон // ІІІ міжн. конф. "Техника для химволокон". – Чернігів: Інж. акад. Укр., ВАТ “Химтекстильмаш”, 24-28 травня 2004. – С. 337-340. (Здобувачу належать наукові і прикладні розробки підвищення довговічності сталі з різними НМВ поверхневою модифікацією в технологічних середовищах техніки хімволокон).

12. Старчак В.Г., Цыбуля С.Д., Иваненко К.Н., Алексеенко С.А. Уменьшение техногенного загрязнения окружающей среды при эксплуатации сварных конструкций // ІV міжн. конф "Техника для химволокон." – Чернігів: Мін. ППУ, ВАТ “Химтекстильмаш”, 23-27 травня 2005. – Ч. 2. – С. 259-262. (Автору належать теоретичні та експериментальні дані, щодо підтвердження утворення захисних плівок із металохелатних комплексів, стійких в кислих та ін. агресивних середовищах).

13. Старчак В.Г., Цыбуля С.Д., Иваненко К.Н., Алексеенко С.А. Научно-техническое обеспечение техногенной безопасности технических сооружений // Материалы 4-й Международной выставки и конгресса по управлению отходами. – М.: СИБИКО Интерн., 31 травня - 3 червня 2005. – С. 204-205. (Здобувачу належать встановлені кінетичні, термодинамічні параметри, захисні, адсорбційні властивості синергічних металохелатуючих композицій в залежності від НМВ, ступеня деформації, шорсткості поверхні, залишкових внутрішніх напружень, мікротвердості поверхневих шарів металу).

14. Старчак В.Г., Иваненко К.Н., Алексеенко С.А. Повышение долговечности стали и сварных соединений наномасштабным металлохелатированием в агрессивных средах техники химволокон // VІ міжн. конф. "Эффективность реализации научного, ресурсного и промышл. потенциала в современных условиях". – К.: УИЦ НТТ, 20-24 лютого 2006. – С.186-189. (Автору належать експериментальні та теоретичні дані, щодо розробки синергічних металохелатуючих композицій, фізико-хімічних основ захисту, наукових критеріїв вибору синергістів).

15. Старчак В.Г., Іваненко К.М, Олексієнко С.О., Буяльська Н.П. Ресурсозбереження в техніці хімічних волокон // ІІІ міжн. конф. "Удосконалення процесів та обладнання харчових і хімічних виробництв". – Одеса: ОАХТ, 30 травня - 3 червня 2006. – С.68-71 (Здобувачу належать одержані експериментальні дані фізико-механічних випробувань на основні види корозійно-механічних руйнувань в залежності від синергічних металохелатуючих композицій, НМВ в двофазних середовищах).

16. Підвищення надійності та екологічної безпеки експлуатації обладнання нафтогазового комплексу / В.Г.Старчак, С.Д.Цибуля, Н.П.Буяльська, С.О.Олексієнко та ін. // Екологічні проблеми нафтогазового комплексу. – Київ: Тов-во “Знання” України, 23-27 лютого 2004. – С. 96-99. (Автору належать результати з комплексного системного аналізу ”Структура синергічних добавок, синергічних металохелатуючих композицій – їх захисні, адсорбційні, синергічні та екологічні характеристики”, критерії вибору синергістів в синергічних металохелатуючих композиціях, в залежності від НМВ).