Кафедра проводить науково-дослідну роботу, яка пов’язана з проблемами:
– хіміко-термічної, лазерної обробки конструкційних і інструментальних матеріалів з метою підвищення їх експлуатаційних характеристик;
– створення фольг і захисних плівок методом вакуумної конденсації та мікродугового оксидування іонно-плазмового згорання для підвищення властивостей деталей машин;
– розробки нових сплавів і композитів на основі металів у вигляді фольг, які отримані кристалізацією у вакуумі для електроніки та прецизійного приладобудування;
– розробка та дослідження наноструктурних матеріалів.
ТЕХНОЛОГІЯ МІКРОДУГОВОГО ОКСИДУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ З ВЕНТИЛЬНИХ МЕТАЛІВ (AL-СПЛАВИ, Ti-СПЛАВИ ТА ІНШІ)
Забезпечує утворення на поверхнях деталей твердого (мікротвердість до 24000 МПа), зносостійкого (ih ~10-10–10-12), антикорозійного, антифрикційного (f < 0,01), тепло-жаростійкого (до 1200 °С), електроізоляційного (до 600 V) керамічного шару товщиною до ~ 0,3 мм:
– керамічний шар має ідеальну адгезію з основним матеріалом;
– можливе утворення керамічного шару рівної чи перемінної товщини на зовнішніх і внутрішніх поверхнях деталей практично будь-яких конфігурацій;
– технологія екологічно чиста.
Знижується собівартість конструкції за рахунок спрощення і заміни до-рогих матеріалів (нержавіюча сталь, мідь, бронза, латунь, олово) на деталі з Al-сплавів з керамічними поверхнями. Підвищується довговічність виробу.
Область застосування: деталі машин, приладобудування, авіа- і кораблебудування, моторобудування, оборонна промисловість, космічна техніка, медицина, харчова промисловість.
Результати роботи патентоспроможні, є шість патентів за результатами розробок.
1. Пат. на корисну модель № 117767 Україна, МПК В24D 5/16. Шліфу-вальний круг / Ю.Г. Гуцаленко, О.К. Севидова, В.В. Білозеров, Г.І. Махатілова; НТУ ХПІ, – u2017 00074; заявл. 03.01.2017 ; опубл. 10.07.2017, Бюл. № 13.
2. Патент на изобретение № 2119108 Уплотнительный элемент поршня / Севрук И.В., Минак А.Ф., Белозеров В.В., Махатилова А.И., Вурье Б.А. Опубл. 20.03.1998. Бюл. № 26.
3. Патент на изобретение № 2119587 Способ получения совместимости пар трения для двигателей внутреннего сгорания / Белозеров В.В., Махатилова А.И., Минак А.Ф., Севрук И.В., Вурье Б.А. Опубл. 27.09.1998. Бюл. № 27.
4. Патент на изобретение № 2120049 Способ изготовления поршневого кольца из легкого сплава / Минак А.Ф., Севрук И.В., Белозеров В.В., Махатилова А.И., Вурье Б.А. Опубл. 20.10.1998. Бюл. № 28.
5. Патент України на корисну модель № 18230 А Ущільнюючий елемент поршня/ Севрук І.В., Мінак А.Ф., Базавлук Ю.І., Белозеров В.В., Махатилова Г.І., Сухіх Л.Л. Опубл. 25.12.1997. Бюл. № 6.
6. Деклараційний патент на корисну модель № 10162 Спосіб зміцнення захисних покриттів на алюмінії та його сплавах / Білозеров В.В., Махатілова Г.І., Реброва О.М. Опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.
Розробка відповідає світовим аналогам. Розробка розширює сферу застосування вентильних металів та сплавів: дає змогу замінювати дорогоцінні матеріали (мідь, бронза, латунь, олово) на вентильні метали з керамічним покриттям. По своїй зносостійкості керамічні покриття в 10–15 разів перевершують анодні, вони в багато разів міцніше інших плівкових покриттів по корозійній стійкості. Результати розробки можуть бути реалізовані у машинобудівній, хімічній, добувній, легкій промисловості. Стан готовності розробки – 100 %. Результати розробки впроваджені на заводі холодильних машин ХОКТБ ХМ, м. Харків; ДП “ХАКБ”, м. Харків; ЦНІІПІ “Тайфун”, м. Миколаїв.
ТЕХНОЛОГІЯ ХІМІКО-ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ
Запропонована нова технологія отримання дифузійних покриттів прискореним методом з використанням нових насичуючих компонентів.
Основна перевага: прискорення процесу насичування в 2–5 разів, значне зниження температури насичування, впровадження екологічно чистої технології.
Технологія може знайти використання практично в усіх галузях техніки.
1. Пат. на корисну модель № 117008 Україна, МПК С23С 14/32, С21D 1/06 . Спосіб хіміко-термічної обробки сталевих виробів / А.О. Анд-реєв, В.А. Александров, О.С. Жиров, О.В. Соболь, В.О. Столбовий, С.В. Шепель, С.М. Шевченко; Інститут фізики твердого тіла, матеріа-лознавства та технологій (ННЦ ХФТІ0, – u2017 00038; заявл. 03.01.2017 ; опубл. 12.06.2017, Бюл. № 11.
2. Патент України на корисну модель № 33654, МПК С23С 8/00 UA. Павлюченко О.О., Костик В.О., Костик К.О. Склад для борування сталевих виробів. – u 2008 00226. – Заявл. 04.01.2008. – Опубл. 10.07.2008. – Бюл. №13.
3. Патент України на корисну модель № 42478, МПК8 С 23 С 8/26-32 UA. Костик В.О., Літус К.О. Склад для азотування сталевих і титанових виробів. – u 2009 00225. – Заявл. 13.01.2009. – Опубл. 10.07.2009. – Бюл. №13.
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТЕРМОФРИКЦІЙНОЇ ОБРОБКИ
ДЛЯ ЗМІЦНЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ТА ІНСТРУМЕНТУ
В даний час метод термофрикційної обробки (ТФО) використовується, як правило, для різання матеріалів. У той же час використання його в якості методу, що зміцнює, вивчено недостатньо, в зв’язку з чим можливості застосування цього методу для зміцнення деталей машин та інструменту вкрай обмежені.
Авторами запропоновано використання методу ТФО саме в якості методу, що зміцнює поверхневий шар в виробах з різних матеріалів. Розроблена технологія термофрикціного зміцнення проводиться на плоско-шліфувальних та кругло-шліфувальних верстатах без їх переробки, що дає змогу зміцнювати плоскі та циліндричні поверхні відповідно. При цьому в якості інструменту, що зміцнює, використовується спеціальні диски, які вироблені із сталі Ст3.
Зміцнення матеріалів відбувається при контакті диску і на деталі що зміцнюється. При цьому інтенсивність та глибина зміцнення залежить від швидкості подачі деталі та глибини різання, які можуть братись в різних співвідношеннях. Попередніми дослідженнями встановлено, що ТФО ряду сталей (сталь 45, У8, Ст3, 15Х11МФ, Х12М, 65Г) викликає підвищення твердості і зносостійкості поверхні в 2–3 рази. Нами встановлені природа і механізм зміцнення, що полягають в одночасному впливі температури і тиску на матеріал у зоні контакту деталі і інструменту. Одержано твердість поверхні в деталях із сталей 65Г, У8, Х12М на рівні 20000 МПа, та глибину шару, що зміцнюється на рівні 1 мм. Доведено існування в поверхневому шарі напружень, що стискають. Це є гарним показником для зносостійкості поверхні. У порівнянні зі світовими аналогами, які забезпечують максимальну твердість поверхні до 12000 МПа і потребують окрім температури та тиску використання додаткових факторів (магнітне поле, синтетичні мастила, та інше), цей метод не потребує додаткових факторів, однак забезпечує набагато більший рівень твердості поверхні та глибини шару, що зміцнюється.
Дана технологія реалізується на базі плоско-шліфувального верстата, або кругло-шліфувального верстата без їх переробки. Процес ТФО є досить швидкісним і для обробки однієї деталі потрібно від 1 до 5 хвилин. Результати розробок можуть бути реалізовані в машинобудівній, хімічній, легкій промисловості. Розроблені схеми зміцнення плоских та циліндричних поверхонь, які включають однопрохідні та багатопрохідні технології зміцнення. Розроблені технологічні режими обробки для зміцнення матеріалів, розраховані оптимальні режими обробки, які забезпечують досягнення ступеню зміцнення на рівні 20000 МПа при глибині зміцненого шару до 1 мм. Отримані результати металографічних, дюрометричних випробувань та дослідження напруженого стану в поверхневих шарах зміцнених деталей, які підтверджують ефективність даної технології. Технологія проходила апробація на декількох конференціях, таких як МicroCАD, Фізичні та комп’ютерні технології у сільському господарстві та інші. Таким чином, проводяться випробування технології на підприємствах. Проведені випробування на заводі меблевих деталей у с. Солоницівка. Отримані позитивні результати.
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНА ЕВОЛЮЦІЯ СТРУКТУРИ (СУБСТРУКТУРИ) КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ, ЩО КРИСТАЛІЗУЮТЬСЯ З ПАРОВОЇ ФАЗИ У ВАКУУМІ
В бінарних системах Cu – Mo, W, Ta відсутня взаємна розчинність в рівноважних умовах. Але при сумісний кристалізації сумішей парів цих компонентів в вакуумі можливо отримувати пересичені розчини W, Mo, Ta в кристалічній гратці міді. Наступна термічна обробка цих об’єктів призводить к необоротному розпаду пересичених твердих розчинів та формуванню типово композиційних структур. В результаті ці матеріали отримують високі електрофізичні та міцнісні властивості.
У поєднанні електропровідності та міцності фольги композитів Cu – Mo, Cu – W, та Cu – Та перевищують існуючі аналоги. Результати розробки можуть бути впроваджені на підприємствах електронної промисловості.
МАТЕРІАЛИ З ЕФЕКТОМ ПАМ’ЯТІ ФОРМИ
Ефект пам’яті форми (ЕПФ) дозволяє при нагріванні деформованого об’єкта відновити його первісну форму. Ступінь відновлення форми в металевих матеріалах (наприклад, нітінолу) – до 50 %. Температурний інтервал відновлення регулюється хімічним складом матеріалу і режимом його попередньої обробки. Кількість циклів відновлення може складати 103–105.
Застосування матеріалів з ЕПФ збільшує надійність конструкції за рахунок реалізації прямого переходу теплової енергії в механічну без передавальних механізмів. Величина реактивної напруги, що виникає в металевих сплавах з ЕПФ у процесі зворотного перетворення, може досягати 1000 МПа, тобто вони здатні здійснювати роботу.
Область застосування: авіа- і кораблебудування, приладобудування, космічна техніка, оборонна промисловість, медицина.
З успіхом проводяться госпдоговірні в госпбюджетні дослідження. По результатам досліджень за останні три роки надруковано більш 200 статей, отримані патенти більш 100 докладів на міжнародних конференціях.