Trenov M. IMPROVEMENT OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOYS USING NANODISPERSED MATERIALS

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U003584

Thesis Registration Form

0826U003584.pdf

Applicant for

Specialization

  • 136 - Металургія

26-08-2026

Specialized Academic Board

PhD 15997

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

**Trenov M.S.** *Improvement of the Mechanical and Physical Properties of Aluminum Alloys by Using Nanodispersed Materials.* Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Specialty 136 – Metallurgy. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2026. The dissertation is devoted to solving the scientific and technical problem of improving the mechanical and physical properties of cast aluminum alloys through the use of C₆₀ fullerenes as nanomodifiers. The object of the research is the formation of the microstructure and properties of cast aluminum alloys during nanomodification. The subject of the research is the influence of C₆₀ fullerenes on crystallization, phase formation, microstructure, and properties of the AK12 aluminum alloy, as well as methods for introducing nanodispersed materials into molten metal. The aim of the study is to improve the mechanical and physical properties of the AK12 alloy by developing efficient methods for introducing C₆₀ fullerenes and establishing their effect on the alloy's structure and properties. The current state of research on nanomodification of aluminum alloys was analyzed, and the main challenges associated with the use of fullerenes, including particle agglomeration and poor wettability by molten aluminum, were identified. Two methods of introducing the nanomodifier were developed: a composite master alloy based on PA-4 aluminum powder and functionalized C₆₀ fullerenes. Metallographic, X-ray diffraction, mechanical, and tribological investigations were carried out together with computer simulation of solidification processes and prediction of casting defects. The results demonstrated that nanomodification with C₆₀ fullerenes leads to refinement of eutectic silicon, a reduction in the secondary dendrite arm spacing (SDAS), lower porosity, and the formation of a more homogeneous fine-grained microstructure. Optimal fullerene concentrations were determined, providing increased hardness, microhardness, impact toughness, and wear resistance. Functionalized fullerenes ensured a more uniform distribution of nanoparticles within the melt and showed higher modification efficiency than the composite master alloy. The scientific novelty of the work lies in the development of efficient methods for introducing C₆₀ fullerenes into molten aluminum, establishing quantitative relationships between nanomodifier concentration and structural refinement of the AK12 alloy, and proposing an integrated approach to casting quality prediction based on computer simulation of solidification and the parametric pattern recognition method. The practical significance of the research is confirmed by the development of a nanomodification technology protected by Ukrainian Utility Model Patent No. 158607. The proposed technology reduced the eutectic silicon size from 40–80 μm to 3–7 μm, decreased the secondary dendrite arm spacing from 90–140 μm to 25–45 μm, reduced casting porosity by 70–90%, increased microhardness by 35–48%, and approximately doubled the wear resistance compared with the unmodified AK12 alloy. A methodology for computer simulation of solidification processes was also developed, enabling prediction of casting defects and optimization of casting parameters. The research results have been implemented in the educational process of the Department of Foundry Engineering at the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and are recommended for practical application in the foundry industry. Keywords: Aluminum alloy, nanodispersed materials, C60 fullerenes, structure modification, microhardness, foundry production, piston, defects, casting, properties, technologies, temperatures, magnesium.

Read more

Research papers

Barsuk, A., Makarenko, D., Trenov, M., & Sevoian, A. (2024). Identification of regularities of the influence of titanium on the impact toughness of hypoeutectic wear-resistant cast iron and assessment of the efficiency of its additional alloying with boron. ScienceRise, (2), 15-23. URL: https://doi.org/10.21303/2313-8416.2024.003629

Trenov, M., & Ponomarenko, O. (2026). Determination of the influence of the method of introducing C₆₀ fullerenes and functionalized carbon nanotube on the formation of the properties of aluminum alloy. Technology audit and production reserves, 1(1 (87)), 44-49. (Scopus, Україна, А). URL: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.353175

Пономаренко О. І. Комп'ютерне моделювання процесів кристалізації як резерв підвищення якості поршнів ДВС / О. І. Пономаренко, М. С. Треньов. Технологічний аудит та резерви виробництва. 2013. № 6 (2). З. 36-40. (Scopus, Україна, А). URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Tatrv_2013_6-2_11.

Треньов, М. С., Пономаренко О. І., Князєв С. А. "Аналіз способів вводу наночасток в сплави на основі алюмінію." Метал і лиття України 33.1 (2025): 25- 31 (Б). URL:https://doi.org/10.15407/steelcast2025.01.025

Пономаренко О. І. Визначення місць локалізації дефектів у виливках за допомогою методу розпізнавання образів / О. І. Пономаренко, Н. С. Євтушенко, Н. М. Треньов. Компресорне та енергетичне машинобудування. 2016. № 3. С. 33-36(Б). URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Kiem_2016_3_9.

Треньов М. С. Використання нанодисперсних матеріалів для вдосконалення властивостей алюмінієвих сплавів у ливарному виробництві [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Литво. Металургія. 2025 = Foundry. Metallurgy. 2025 : матеріали 21-ї Міжнар. наук.-практ. конф., 27- 29 травня 2025 р. / Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т" [та ін.] ; заг. ред. О. І. Пономаренко. – Електрон. текст. дані. – Харків ; Київ, 2025. – С. 285-287. – URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/90592;

Треньов М. С. Формування нових властивостей алюмінієвих виливків за рахунок наноструктурних добавок / М. С. Треньов О. І. Пономаренко // Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2025 : матеріали 17-ї Міжнар. наук.-техн. конф., 25-26 вересня 2025 р. ; заг. ред. Р. В. Лютий. – Київ : НТУУ "КПІ", 2025. – С. 488-491 – URI; https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPIPress/ 94676

Треньов М. С. Нанотехнології у вдосконаленні алюмінієвих сплавів у ливарному виробництві [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я = Information technologies: science, engineering, technology, education, health : тези доп. XXXIII Міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2025, 14–17 трав. 2025 р. / за ред. Є. І. Сокола ; уклад. Г. В. Лісачук ; Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т» [та ін.]. – Харків : НТУ «ХПІ», 2025. – С. 418. – URI; https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/90474

Треньов М. С. Перспективні методи модифікування ливарних сплавів [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Литво. Металургія. 2022 : матеріали XVIII Міжнар. наук.-практ. конф., 04–06 жовт. 2022 р. / Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т» [та ін.] ; за заг. ред. О. І. Пономаренка. – Харків ; Київ, 2022. – С. 139–140. – URI: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/58587.;

Треньов М. С. Використання фулеренів у металургії [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Литво. Металургія. 2024 : матеріали XX Ювілейної Міжнар. наук.-практ. конф., 28–30 трав. 2024 р. / Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т» [та ін.] ; за заг. ред. О. І. Пономаренка. – Харків ; Київ, 2024. – С. 255–256. – URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPIPress/ 58587

Треньов М. С. Підвищення механічних та фізичних властивостей алюмінієвих сплавів за допомогою використання нанодисперсних матеріалів / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я = Information technologies: science, engineering, technology, education, health : тези доп. XXXI Міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2023, 17–20 трав. 2023 р. / за ред. Є. І. Сокола ; уклад. Г. В. Лісачук. – Харків : НТУ «ХПІ», 2023. – С. 322. – URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/69973;

Треньов М. С. Застосування фулеренів у алюмінієвих сплавах [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах : зб. тез XVII Міжнар. наук.-техн. конф., 26–27 листоп. 2024 р. / відп. ред. В. Г. Іванов ; Нац. ун-т «Запорізька політехніка». – Запоріжжя, 2025. – С. 83–84. – Режим доступу: zp.edu.ua PDF збірник NMGCA- 2024 (дата звернення: 17.02.2025). – URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/86191

Треньов М. С. Нанотехнології у вдосконаленні алюмінієвих сплавів у ливарному виробництві [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я = Information technologies: science, engineering, technology, education, health : тези доп. XХХІV Міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2026, 13-16 трав. 2026 р. / за ред. Є. І. Сокола ; Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т» [та ін.]. – Харків : НТУ «ХПІ», 2026. – С. 418. – URI; https://web.kpi.kharkov.ua/microcad/

Треньов М. С. Використання фулеренів у металургії [Електронний ресурс] / М. С. Треньов, О. І. Пономаренко // Литво. Металургія. 2026 : матеріали XXІІ міжнародної науково-практичної конференції. наук.-практ. конф., 26–28 трав. 2026 р. / Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т» [та ін.] ; за заг. ред. О. І. Пономаренка. – Харків ; Київ, 2026. – С. 276–277. – URI: https://ptima.nas.gov.ua/index.php/diialnist/konferentsii?view=article&id=477:zmistl ytvometalurhiia2026&catid=9:pages

СПОСІБ РІВНОМІРНОГО РОЗПОДІЛЕННЯ НАНОЧАСТОК У РІДКОМУ АЛЮМІНІЄВОМУ СПЛАВІ: пат. 158607, Україна: МПК C22F1/06. № u202403856; заявл. 29.07.2024; опубл. 26.02.2025

Read more

Files

autoreferat-Дисертація Треньов (1)_cropped (2) (1).pdf

Дисертація Треньов (1).pdf

Similar theses

0826U003011

Pavlo S. Penziev

Design and technological engineering of complex body castings with the possibility of controlling the structure and mechanical properties of the alloy

0826U002983

Andrii Barsuk

A Project-experimental Approach to the Development of Technological Measures to Increase the Wear Resistance of Cast Iron for Castings Operating Under Conditions of Abrasive Friction

0826U002985

Denys Nikolaiev

Determination of Optimal Ways of Remelting Various Nomenclature Charges to Obtain Black Alloys With Specified Properties Intended for Shaped Casting

0826U002818

Oleh V. Chystiakov

Influence of Elastic Vibrations and Thermo-Temporal Treatment on Crystallization Processes in Metallic Systems

0826U002661

Ivan F. Likhatskyi

Development of casting high-entropy alloys with increased aluminium content and technologies for their production