Матвєєв О. В. Формування наноструктур при швидкоплинних процесах іонного і лазерного оброблення різального інструменту i деталей

Об'єкт дослідження – різальний інструмент і деталі з нанопокриттям і наноструктурованими шарами, отриманими внаслідок дії потоків іонів і лазерного випромінювання; мета дослідження – підвищення ефективності формоутворення поверхні різальним інструментом, його роботоздатності й збільшення ресурсу деталей; методи дослідження – класичні методи визначення енергії кристалізації карбідів, нітридів, оксидів і враховано квантово-механічні властивості теплофізичних і термомеханічних характеристик матеріалів, а також методи розв’язання задач математичної фізики з використанням сучасних методів експериментальних досліджень і вимірювальних приладів; результати – виявлено сорти, значення енергій і зарядів іонів, при яких реалізуються нанокластер в об’ємі й створюються наноструктури у вигляді поверхневих структур, а також визначено технологічні параметри лазерного випромінювання при яких створюються наноструктури заданого розміру на необхідній глибині в матеріалі різального інструменту, а їх змінення приводить до появи наноструктурованого шару; новизна – уперше знайдено діапазони енергій іонів під час дії на твердий спечений МС221 і алюмінієвий Д16Т сплави, у яких необхідно враховувати спільний вплив енергії утворення зерна з нітридів, карбідів, оксидів і їх теплофізичні і термомеханічні характеристики з урахуванням квантово-механічних властивостей для збільшення точності прогнозування технологічних параметрів утворення наноструктур під час іонно-плазмового оброблення; дороблено математичну модель фізичних процесів під час іонно-плазмового оброблення матеріалу й уведено критерії, які визначають спосіб задання теплофізичних і термомеханічних характеристик (квантово-механічний або з експериментальних довідкових даних) твердого спеченого МС221 і магнієвого МА14 сплавів, що дало змогу збільшити точність прогнозування розміру зерна; уперше визначено технологічні параметри лазерного випромінювання для утворення наноструктур під час його дії на керамічний твердий сплав Ельбор-Р і встановлено, що тривалість дії імпульсу випромінювання серед інших технологічних параметрів є визначальною і знаходиться у фемтосекундному діапазоні, також доведено, що під час дії лазера у цьому діапазоні реалізуються високі температурні напруження, які ініціюють виникнення наноструктур без додаткових умов; ступінь впровадження – основні результати і рекомендації реалізовані на АТ «ФЕД» при виконанні робіт зі зміцнення робочих поверхонь різального інструменту й деталей агрегатобудування та отримано річний економічний ефект у розмірі 350 тис. грн.; галузь використання – авіаційне та загальне машинобудування.