Лопата О. В. Забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями електроконтактною обробкою

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U101298

Облікова картка дисертації

0823U101298.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 131 - Прикладна механіка

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.002.53; ID 3167

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Анотація

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей машин із газотермічними покриттями імпульсною електроконтактною обробкою, встановленні її впливу на механічні властивості поверхонь деталей із покриттям та їх розрахунково-експериментальному визначенню. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі за результатами проведеного аналізу літературних джерел із дослідження проблем забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями визначені шляхи їх вирішення. Обґрунтовано доцільність використання імпульсної електроконтактної обробки для підвищення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями. У другому розділі викладено загальну методологію проведення науково-експериментальних досліджень, що пропонує використання комплексу методів і методик: металографічного, кількісного стереологічного, рентгеноструктурного та мікрорентгеноспектрального аналізів, скануючої електронної мікроскопії; оцінки мікротвердості, щільності/пористості покриттів, визначення механічних властивостей поверхонь деталей й експериментальних зразків із покриттями (модуля пружності, адгезійної та когезійної міцності), математичного моделювання й чисельних розрахунків. У третьому розділі наведено результати комплексних розрахунково-експериментальних досліджень механічних властивостей (міцності зчеплення, напружено-деформованого стану, залишкових напружень, щільності, твердості) поверхонь деталей машин із газотермічними покриттями після їх імпульсної електроконтактної обробки. На основі проведеного огляду й аналізу досліджень в області теорії і практики отримання порошкових покриттів: - розроблена розрахункова модель та запропоновано інтерполяційне рівняння, що дало змогу встановити залежність щільності напилених покриттів від тиску імпульсної електроконтактної обробки. Одержані результати теоретичних досліджень підтверджені експериментально шляхом кількісного стереологічного аналізу і показали підвищення щільності до 94…98 %. Визначено, що підвищення щільності (зниження пористості) напилених покриттів забезпечується позитивною роллю механічного фактора процесу електроконтактної обробки, який сприяє «залікуванню» пор; - отримано рівняння, що встановлює зв’язок площі контакту з адгезійною міцністю покриттів та її залежність від тиску формуючого інструменту на напилений порошковий шар. Визначено її підвищення в 2…2,5 рази. Високі значення адгезійної міцності газотермічних покриттів після імпульсної електроконтактної обробки пов’язані з її особливостями (імпульсним характером) та контактними явищами на межі розділу покриття-поверхня деталі. Збільшення адгезійної міцності напилених покриттів після імпульсної електроконтактної обробки до 200 МПа є результатом утворення значного дифузійного прошарку до 25 мкм між покриттям і поверхнею деталі та підвищенням коефіцієнту дифузії в два рази (з DМ·105 cм2/с до D·1011 cм2/с). При режимах І = 10 кА, tімп = 0,04 с, Р = 30 МПа дифузійна зона становить 10-12 мкм. Зі зростанням величин тиску та сили струму дифузійна зона зростає та досягає значення ~ 25 мкм. Дифузія атомів основного металу покриття має місце практично на всю товщину покриття. Утворення значного дифузійного прошарку за короткий час (близько секунд) не можна пояснити класичною теорією дифузії, а пояснюється теорією аномального масопереносу при імпульсних впливах на тверде тіло. Коефіцієнти дифузії окремих елементів покриття при імпульсній електроконтактній обробці перевищують на шість і більше порядків значення коефіцієнтів дифузії при напиленні. Для вивчення дифузії основних елементів на межі покриття – поверхня деталі були використані концентраційні криві, зняті методом рентгеноспектрального аналізу. Четвертий розділ присвячений дослідженню й встановленню впливу режимів імпульсної електроконтактної обробки на механічні властивості системи «поверхня деталь-покриття», вибору її оптимальних параметрів для підвищення функціональних властивостей деталей. Ключові слова: механічні властивості, міцність, твердість, газотермічні покриття, імпульсна електроконтактна обробка, міцність зчеплення, щільність, пористість, модуль пружності, адгезійна і когезійна міцність, напружено-деформований стан, зносостійкість, порошкові матеріали.

Читати повністю

Публікації

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

Читати повністю

Файли

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

Схожі дисертації

0824U000270

Іванова Лариса Петрівна

Технологічне забезпечення точності шліфованих деталей за рахунок керування тепловим режимом технологічних рідин

0823U101977

Іщенко Олексій Антонович

Напружено-деформований стан тонкостінних оболонок реактора ВВЕР-1000 при максимальній проєктній аварії

0823U101983

Ярмоленко Олександр Сергійович

Підвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини

0823U101913

Данилейко Олександр Олександрович

Підвищення експлуатаційних властивостей сталевих виробів комбінованою лазерною термомеханічною поверхневою обробкою

0823U101603

Перепелиця В’ячеслав Ігорович

Система гідравлічних приводів синхронізації робочих рухів автоматизованої установки для формування заготовок цегли