Кафедра проводит научно-исследовательскую работу, которая связана с проблемами:
– химико-термической, лазерной обработки конструкционных и инструментальных материалов с целью повышения их эксплуатационных характеристик;
– создание фольг и защитных пленок методом вакуумной конденсации и микродугового оксидирования ионно-плазменного сгорания для повышение свойств деталей машин;
– разработки новых сплавов и композитов на основе металлов в виде фольг, полученных кристаллизацией в вакууме для электроники и прецизионного приборостроения;
– разработка и исследование наноструктурных материалов.
ТЕХНОЛОГИЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ВЕНТИЛЬНИХ МЕТАЛЛОВ (AL-СПЛАВЫ, Ti-СПЛАВЫ И ДР.)
Обеспечивает образование на поверхностях деталей твердого (микротвердость до 24000 МПа), износостойкого (ih ~10-10–10-12), антикоррозионного, антифрикционного (f < 0,01), тепло-жаростойкого (до 1200 °С), электроизоляционного (до 600 V) керамического слоя толщиною до ~ 0,3 мм:
– керамический слой имеет идеальную адгезию с основным материалом;
– возможно образование керамического слоя равной или переменной толщины на внешних поверхностях деталей практически любых конфигураций;
– технология экологически чистая.
Снижается себестоимость конструкции за счет упрощения и замены дорогих материалов (нержавеющая сталь, медь, бронза, латунь, олово) на детали с Al-сплавов с керамическими поверхностями. Повышается долговечность изделия.
Область применения: детали машин, приборостроение, авиа- и кораблестроения, моторостроения, оборонная промышленность, космическая техника, медицина, пищевая промышленность.
Результаты работы патентоспособные, есть шесть патентов по результатам разработок.
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.
Разработка соответствует мировым аналогам. Разработка расширяет сферу применения вентильных металлов и сплавов: позволяет заменять драгоценные материалы (медь, бронза, латунь, олово) на вентильные металлы с керамическим покрытием. По своей износостойкости керамические покрытия в 10-15 раз превосходят анодные, они во много раз прочнее других пленочных покрытий по коррозионной стой-кости Результаты разработки могут быть реализованы в машиностроительной, химической, добывающей, легкой промышленности. Состояние готовности разработки – 100%. Результаты разработки внедрены на заводе холодильных машин ХОКТБ ХМ, г. Харьков. ГП “ХАКБ”, г. Харьков. ЦНИИП “Тайфун”, г. Николаев.
ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Предложена новая технология получения диффузионных покрытий ускоренным методом с использованием новых насыщающих компонентов.
Основное преимущество: ускорение процесса насыщения в 2-5 раз, значительное снижение температуры насыщения, внедрение экологически чистой технологии.
Технология может найти применение практически во всех отраслях техники.
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.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА
В настоящее время метод термофрикционной обработки (ТФО) используется, как правило, для резки материалов. В то же время использование его в качестве метода, который упрочняет, изучено недостаточно, в связи с чем возможности применения этого метода для упрочнения деталей машин и инструмента крайне ограничены.
Авторами предложено использование метода ТФО именно в качестве метода, который упрочняет поверхностный слой в изделиях из различных материалов. Разработаная технология термофрикциного упрочнения проводится на плоско-шлифовальных и кругло-шлифовальных станках без их переработки, что позволяет упрочнять плоские и цилиндрические поверхности соответственно. При этом в качестве инструмента, который упрочняет, используются специальные диски, которые произведены из стали Ст3.
Упрочнение материалов происходит при контакте диска и детали, которая упрочняется. При этом интенсивность и глубина упрочнения зависит от скорости подачи детали и глубины резания, которые могут браться в разных соотношениях. Предыдущими исследованиями установлено, что ТФО ряда сталей (Сталь 45, У8, Ст3, 15Х11МФ, Х12М, 65Г) вызывает повышение твердости и износостойкости поверхности в 2-3 раза. Нами установлены природа и механизм упрочнения, состоящие в одновременном воздействии температуры и давления на материал в зоне контакта детали и инструмента. Получены твердость поверхности в деталях из сталей 65Г, У8, Х12М на уровне 20000 МПа, и глубину упрочненного слоя на уровне 1 мм. Доказано существование в поверхностном слое сжимающих напряжений. Это является хорошим показателем для износостойкости поверхности. По сравнению с мировыми аналогами, которые обеспечивают максимальную твердость поверхности до 12000 МПа и требуют кроме температуры и давления использования дополнительных факторов (магнитное поле, синтетические масла, и т.д.), этот метод не требует дополнительных факторов, однако обеспечивает гораздо больший уровень твердости поверхности и глубины упрочненного слоя.
Данная технология реализуется на базе плоско-шлифовального станка, или кругло-шлифовального станка без их переработки. Процесс ТФО достаточно скоростной и для обработки одной детали нужно от 1 до 5 минут. Результаты разработок могут быть реализованы в машиностроительной, химической, легкой промышленности. Разработанные схемы упрочнения плоских и цилиндрических поверхностей, которые включают однопроходные и многопроходные технологии упрочнения. Разработаны технологические режимы обработки для упрочнения материалов, рассчитаны оптимальные режимы обработки, которые обеспечивают достижение степени упрочнения на уровне 20000 МПа при глубине упрочненного слоя до 1 мм. Полученные результаты металлографических, дюрометрических испытаний и исследования напряженного состояния в поверхностных слоях упрочненных деталей подтверждают эффективность данной технологии. Технология проходила апробацию на нескольких конференциях, таких как МicroCАD, Физические и компьютерные технологии в сельском хозяйстве и другие. Таким образом, проводятся испытания технологии на предприятиях. Проведенные испытания на заводе мебельных деталей в с. Солоницевка. Полученные положительные результаты.
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ (СУБСТРУКТУРЫ) КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ В ВАКУУМЕ
В бинарных системах Cu – Mo, W, Ta отсутствует взаимная растворимость в равновесных условиях. Но при совместной кристаллизации смесей паров этих компонентов в вакууме можно получать пресыщенные растворы W, Mo, Ta в кристаллической решетке меди. Последующая термическая обработка этих объектов приводит к необратимому распаду пресыщенных твердых растворов и формированию типично композиционных структур. В результате эти материалы получают высокие электрофизические и прочностные свойства.
По сочетанию электропроводности и прочности фольги композитов Cu – Mo, Cu – W и Cu – Та превышают существующие аналоги.
Результаты разработки могут быть внедрены на предприятиях электронной промышленности.
МАТЕРИАЛЫ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Эффект памяти формы (ЭПФ) позволяет при нагревании деформированного объекта восстановить его первоначальную форму. Степень восстановления формы в металлических материалах (например, нитинол) – до 50%. Температурный интервал восстановления регулируется химическим составом материала и режимом его предварительной обработки. Количество циклов восстановления может составлять 103-105.
Применение материалов с ЭПФ увеличивает надежность конструкции за счет реализации прямого перехода тепловой энергии в механическую без передаточных механизмов. Величина реактивной напряжения, возникающего в металлических сплавах с ЭПФ в процессе обратного преобразования, может достигать 1000 МПа, то есть они способны осуществлять работу.
Область применения: авиа- и кораблестроения, приборостроения, космическая техника, оборонная промышленность, медицина.
С успехом проводятся хоздоговорные в госпбюджетные исследования. По результатам исследований за последние три года напечатано более 200 статей, полученные патенты более 100 докладов на международных конференциях.