Lopata O. Ensuring the mechanical properties of the surfaces of parts with gas-thermal coatings by electrical contact treatment

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0823U101298

Thesis Registration Form

0823U101298.pdf

Applicant for

Specialization

  • 131 - Прикладна механіка

Specialized Academic Board

ДФ 26.002.53; ID 3167

National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".

Essay

The dissertation is devoted to solving the current scientific and technical problem of ensuring the mechanical properties of the surfaces of machine parts with gas-thermal coatings by electrocontact processing, establishing its effect on the mechanical properties of the surfaces of coated parts and their calculation and experimental determination. The content of the work is presented in four chapters, in which the main results of the dissertation are presented and substantiated. The introduction substantiates the relevance of the dissertation topic, formulates the purpose and tasks of the research, describes the research methods, provides information about scientific novelty and the practical significance of the obtained results. In the first chapter, based on the results of the analysis of literary sources on the study of the problems of ensuring the mechanical properties of the surfaces of parts with gas-thermal coatings, the ways of their solution are determined. The expediency of using pulsed electrical contact processing to improve the mechanical properties of the surfaces of parts with gas-thermal coatings is substantiated. The second chapter outlines the general methodology for conducting scientific and experimental research, which suggests the use of a complex of methods and techniques: metallographic, quantitative stereological, X-ray structural and micro-X-ray spectral analysis, scanning electron microscopy; evaluation of microhardness, density/porosity of coatings, determination of mechanical properties of the surfaces of parts and experimental samples with coatings (modulus of elasticity, adhesive and cohesive strength), mathematical modeling and numerical calculations. The third chapter presents the results of comprehensive computational and experimental studies of the mechanical properties (bond strength, stress-strain state, residual stresses, density, hardness) of the surfaces of machine parts with gas-thermal coatings after their impulse electrical contact treatment. Based on the review and analysis of research in the field of theory and powder coating practices: - a calculation model was developed and an interpolation method was proposed equation that made it possible to establish the dependence of the density of sprayed coatings on the pressure of pulsed electrocontact processing. The obtained results of theoretical studies were confirmed experimentally by quantitative stereological analysis and showed an increase in density to 94...98%. It was determined that the increase in density (reduction in porosity) of sprayed coatings is provided by the positive role of the mechanical factor of the electrocontact processing process, which contributes to the "healing" of pores; - the equation establishing the relationship of the contact area with adhesive strength of coatings and its dependence on the pressure of the forming tool on the sprayed powder layer. Its increase in 2...2.5 times was determined. High values of the adhesive strength of gas-thermal coatings after pulsed electric contact treatment are associated with its features (pulse nature) and contact phenomena at the interface between the coating and the surface of the part. An increase in the adhesion strength of sprayed coatings after pulsed electrocontact treatment to 200 MPa is the result of the formation of a significant diffusion layer up to 25 μm between the coating and the surface of the part and a two-fold increase in the diffusion coefficient (from DM·105 cm2/s to D·1011 cm2/s). At modes I = 10 kA, time = 0.04 s, P = 30 MPa, the diffusion zone is 10-12 μm. With increasing pressure and current strength, the diffusion zone grows and reaches a value of ~ 25 μm. Diffusion of the atoms of the base metal of the coating takes place over almost the entire thickness of the coating. The formation of a significant diffusion layer and a short time (about seconds) cannot be explained by the classical theory of diffusion, but is explained by the theory of anomalous mass transfer during impulse effects on a solid body. Diffusion coefficients of individual coating elements with impulse electrical contact treatment exceed the values of diffusion coefficients by 6 or more orders of magnitude during sputtering. To study the diffusion of the main elements of the boundary of the coating - the surface of the part, concentration curves taken by X-ray spectral analysis were used. The fourth chapter is dedicated to the study and establishment of the influence of electrocontact treatment modes on the mechanical properties of the "detail-coating" system, the selection of its optimal parameters for improving the functional properties of gas-thermal coatings. Keywords: mechanical properties, strength, hardness, gas thermal coatings, pulsed electrical contact treatment, adhesion strength, density, porosity, modulus of elasticity, adhesive and cohesive strength, stress-strain state, wear resistance, powder materials.

Read more

Research papers

I. Smirnov, A. Lopata, T. Smirnova Improvement of functional properties of gas-thermal coatings by electrocontact treatment Problems of Tribology. 2020. Vol. 25. No.1/95. 41-48I. ISSN: 2079-1372. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2020-95-1-41-48

Л. А. Лопата, В.М. Кулижський, О.В. Лопата, І.В. Смирнов Розрахунково-експериментальне визначення щільності та міцності зчеплення порошкових покриттів, нанесених електроконтактним методом. Повідомлення 1. Ущільнення покриттів. Проблеми міцності. 2023. 4 (484). 94-106. ISSN 0556-171X DOI:10.1007/s11223 https://strength.org.ua/journal/106 https://link.springer.com/article/10.1007/s11223-023-00566-9 https://doi.org/10.1007/s11223-023-00566-9

O. Lopata, I. Smirnov, A. Zinkovskii Dependence of the elastic modulus of powder coatings on their porosity in electrical contact hardening, Problems of Tribology, 2021. Vol. 26. №4/102. 28-33. ISSN: 2079-1372. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2021-102-4

О. Лопата Залишкові напруження при електроконтактній обробці поверхонь деталей машин із газотермічними покриттями. Проблеми тертя на зношування /Problems of Friction and Wear. 2023. No. 2(99). 90-96. ISSN: 0370-2197. https://doi.org/10.18372/0370-2197.2(99).17630

О. В. Лопата Вплив параметрів процесу газотермічного напилення покриттів на їх зносостійкість і міцність зчеплення. Проблеми тертя на зношування, 2023. №1(98), 108-116. ISSN: 0370-2197. DOI: https://doi.org/10.18372/0370-2197.1(98).17363

A. Lopata, Smirnov, M. Holovashchuk Investigation of the properties of coatings obtained by electric arc spraying Problems of Tribology, 2023, Vol. 28, No. 1/107-73-80. ISSN: 2079-1372. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2023-107-1-73-80

А. Lopata, M. Holovashchuk, E. Solovuch, S. Katerinich Properties of coatings obtained arc spraing for renovation of parts of machines and vehicle mechanisms Problems of Tribology. 2022. Vol. 7. №2/104. 80-86, ISSN: 2079-1372. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2022-104-2-80-86

Lopata O., Smirnov I., Vihilianska N., Kulyshskyi V. Use of steel gas thermal coatings to increase wear resistance of parts. Scientific Journal of TNTU (Tern.). 2022. Vol. 105. No.1. 108–117. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2022.01

Ageev M., Lopata L., Smirnova T., A. Lopata Of combined electric arc coatings Problems of Tribology. 2019, Vol. 24. No. 3/93. 51-56. ISSN: 2079-1372. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2019-93-3-51-56

М. А. Долгов, А.П. Зіньковський, О.В. Лопата, О.П. Грищенко Спосіб електроконтактного приварювання порошку на металеву деталь машини, що має форму тіла обертання. Пат. України №148934, чинний від 29.09. 2021. Бюл. №39. https://ukrpatent.org/atachs/buleten-39-2021-01.zip

Б.А. Ляшенко, С.А. Клименко, М.О. Кузін, О.В. Лопата, Є.К. Солових, Спосіб розмірної обробки деталі з газотермічним надтвердим покриттям. Пат. України №148934, чинний від 27.07.2015. Бюл. №14. https://uapatents.com/4-100567-sposib-rozmirno-obrobki-detali-z-gazotermichnim -nadtverdim-pokrittyam.html

Лопата О.В., Калініченко В.І. Вибір товщини покриттів, створених газотермічним напиленням із послідуючою електроконтактною обробкою за напружено-деформованим станом. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем: матер. XІІІ-ї міжнар. наук.-практ. конф. (25-26 травня 2023 р., м. Чернігів). Чернігів. 2023. Т. 2. С. 107- 108. ISBN 978-617-7932-47-4. https://conference-chernihiv-polytechnik.com/wp-content/uploads/2023/06/Tezy-2023-Part-2.pdf

О.В. Лопата, И.В. Смирнов Дослідження міцності зчеплення газотермічних покриттів після їх електроконтактної обробки. Сучасні питання виробництва та ремонту в промисловості і на транспорті: матер. ХХІІІ-го міжнар. наук.-техн. семінару (15–16 березня 2023, м. Київ). Київ, АТМ України. 2023. С. 65-68. https://atmu.net.ua/downloads/archive/sb1-23.pdf

О.В. Лопата, І.В. Смирнов Значимість методів обработки деталей машин з газотермічними покриттями в забезпеченні їх функціональних властивостей, Підвищення надійності і ефективності машин, процесів і систем. Improving the reliability and efficiency of machines, processes and systems: матер. V-ї міжнар. наук.-практ. конф. (19-21 квітня 2023, ЦНТУ, м. Кропивницький). Кропивницький, ЦНТУ. 2023. С. 145–147. https://nubip.edu.ua/sites/default/files/u349/programa_konf._pnmo-2023_1.pdf

Смирнов І.В., Лопата О.В., Зіньковський А.П., Кобзарь В.Л. Адгезійна міцність та залишкові напруження в покриттях, отриманих електроконтактним методом, Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем: матер. XХІІ-ї міжнар. наук.-практ. конф. м. Чернігів. 2022. Т. 2. С. 52-55, ISBN 978-617-7932-16-0. https://conference-chernihiv-polytechnik.com/wp-content/uploads/2023/03/Tezy-2022-Part-5-52.pdf

A. Lopata, I. Smirnov, A. Zinkovskii Improvement of properties coatings by electrocontact treatment. Інженерія поверхні та реновація виробів: матер. ХХ1-ї міжнар. наук.-техн. конф. (07–11 червня 2021 р., м. Свалява), Київ. 2021, С. 81 – 84. https://atmu.net.ua/downloads/archive/sb2-21s.pdf

Смирнов І.В., Лопата О.В., В.Ф. Мазанко Вплив електропластичного ефекту на дифузійні процеси при електроконтактному припіканні, Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем: матер. тез доповідей XІХ-ї міжнар. наук.-практ. конф. (26–27 травня 2021 р., м. Чернігів). Чернігів. 2021. Т. 2. С. 19-21. https://conference-chernihiv-polytechnik.com/materiali-konferentsiyi/kzyatps2021/Tezy-2021-Part-2.pdf

Т.И. Ивченко, И.В. Смирнов, А.В. Лопата Исследование триботехнических свойств газотермических покрытий после электроконтактной обработки. Сучасні енергетичні установки на транспорті, технології та обладнання для їх обслуговування: матер. ХІІ-ї міжнар. наук.-практ. конф. (06–08 вересня 2021 р., ХГМА, м. Херсон). Херсон, ХГМА. 2021. С. 217-220. https://ksma.ks.ua/wp-content/uploads2021.pdf

Л.А. Лопата, А.В. Лопата, И.В. Смирнов Некоторые теоретические аспекты адгезионной прочности покрытий Підвищення надійності машин і обладнання / Increase of Machine and Equipment Reliability): матер. міжнар. наук.-практ. конф. (15-17 квітня 2020, ЦНТУ, м. Кропивницький). Кропивницький, ЦНТУ. 2020. С. 36-40. http://dspace.kntu.kr.ua/jspui/bitstream/123456789/10175/1/13.pdf

И.В. Смирнов, А.В. Лопата Влияние технологических параметров электроконтактной обработки на формирование напыленного порошкового слоя. Modern questions production and repair in industry and in transport: Materials of the 20th International Scientific and Technical Seminar (March 23–29 2020, Tbilisi, Georgia). Kyev. 2020, С. 177-180 https://atmu.net.ua/downloads/archive/sb1-20-1.pdf

I.V. Smirnov, and O.V. Lopata. Upgrading of quality of gas-thermo coverage. Modern questions of production and repair in industry and in transport: Materials 16 of the 19th International Scientific and Technical Seminar (February 18–23 2019, Kosice, Slovak Republic). Кошице-Киев, АТМ Украины. 2019. С. 247-249. https://atmu.net.ua/downloads/archive/sb1-19c.pdf

И. В. Смирнов, А. В. Черный, А. В. Лопата, А. П. Грищенко. Повышение функциональных свойств газотермических покрытий электроконтактной обработкой. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем: матер. ІХ-ї міжнар. наук.-практ. конф. (14-16 травня 2019 р., м. Чернігів). Чернігів. 2019. С. 73-75. ISBN 978-617-7571-54-3. https://conference-chernihiv-polytechnik.com/materiali-konferentsiyi/kzyatps-2019/ Tezy-2019-Part-2.pdf

Б.А. Ляшенко, А.В. Лопата, М.С. Агеев. Роль теорий адгезии в формировании упрочняющих покрытий. Инженерия поверхности и реновация изделий: матер. XVIII-й междун. науч.-техн. конф. (4-8 июня 2018, Свалява). Киев. 2018. С. 6-10. https://atmu.net.ua/downloads/archive/sb2-18s.pdf

Е.К. Соловых, С.Е. Катеринич, А.В. Лопата Ресурсо-энергосберегающая технология восстановления и упрочнения шестерен электроконтактным навариванием износостойких композиционных порошковых материалов. Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки: матер. XІ-ї міжнар. наук.-практ. конф. (1-3 листопада 2017, ЦНТУ, Кропивницький). Кропивницький, ЦНТУ. 2017. С. 105-107. https://core.ac.uk/download/pdf/158807354.pdf

Read more

Files

autoreferat-Анотація Лопати О-В.doc

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Лопата О-В-.pdf

evolution-Скан_рішення_разової_СВР_ДФ_26_002_53_Лопати_О_В.pdf

В КПИ, Дис- Лопата О-В.pdf

Similar theses

0824U000270

Larisa P. Ivanova

Technological assurance of the accuracy of grinding parts due to the management of the thermal regime of technological fluids.

0823U101977

Oleksii Ishchenko

Thin-walled shells stress-strain state of VVER-1000 reactor at maximum design accident

0823U101983

Oleksandr Yarmolenko

Increasing the productivity of plastic formation of axisymmetric brass products with a variable wall thickness of a long length

0823U101913

Oleksandr Danyleiko

Enhancing the operational properties of steel products by combined laser thermomechanical processing

0823U101603

VYACHESLAV PEREPELYTSIA

System of the hydraulic drives for the synchronization of the operation motions of the automatic unit for brick blanks formation