Наукові теми

Тема 2Б-2019. Розробка вакуумно-дифузійних газорозрядних технологій дискретного зміцнення деталей трибологічних систем військового та подвійного призначення

(Номер державної реєстрації: 0119U100679)

Вакуумно-дифузійні газорозрядні технології (ВДГРТ), в основі яких лежать процеси насичення металевих поверхонь дифузантами із застосуванням в якості інтенсифікатора електричного розряду, зокрема – тліючого, відносяться до технологій універсального призначення, оскільки можуть застосовуватись у всіх галузях, де виникає необхідність підвищення ресурсу деталей, що працюють в умовах інтенсивного термомеханічного, високотемпературного, трибологічного і т.п. навантажень. Зазначені технології широко використовуються для отримання багатофункціональних дифузійних покриттів. За своєю структурою згадані покриття відносяться до суцільних, втім дослідження останніх років виявили, що у багатьох аспектах вони поступаються покриттям дискретної структури. Утворення регулярних ділянок на поверхнях, зокрема деталей триботехнічних систем приводить до зниження коефіцієнта тертя і величини зносу, а також забезпечує підвищення зносостійкості у 2–5 разів порівняно з традиційними суцільними покриттями ідентичного матеріалу і рівної товщини. Устаткування для реалізації ВДГРТ цілком припускає можливість формування дискретних поверхневих структур, а оскільки згадані технології характеризуються мінімальною серед усіх відомих процесів даного класу енергоємністю, то у перспективі це гарантує значне зменшення енергоємності процесу. Проект спрямований на розробку науково-технічних основ забезпечення міцності, надійності та високих експлуатаційних показників елементів триботехнічних систем за рахунок створення і впровадження нових різновидів вакуумно-дифузійних газорозрядних технологій, а саме тих, що забезпечуватимуть формування багатофункціональних покриттів дискретної структури. Актуальність проекту випливає насамперед з необхідності впровадження передових енергозберігаючих технологій модифікації металевих поверхонь, тому при його виконанні особлива увага приділятиметься питанням підвищення енергоефективності та економічності створюваних технологій, що відповідає світовим тенденціям у галузі поверхневої обробки металів, орієнтованим на отримання високих експлуатаційних характеристик поверхонь тертя з обов’язковим дотриманням принципу енерго – та ресурсозбереження.

Об’єкт дослідження – процеси модифікації поверхні металів та сплавів.

Предмет дослідження – поверхневе зміцнення деталей триботехнічних систем військового та подвійного призначення, а також деталей і вузлів ґрунтообробної техніки, шляхом формування багатофункціональних покриттів дискретної структури за допомогою вакуумно-дифузійних газорозрядних технологій.

 Методологія виконання досліджень базується на роботах структурного підрозділу Хмельницького національного університету – Подільського наукового фізико-технологічного центру (ПНФТЦ).

За час існування центру було виконано кілька десятків науково-дослідних та конструкторсько-технологічних робіт, в тому числі – з розробки нових технологій світового рівня, а також виготовлення устаткування, яке експлуатувалось практично на усій території колишнього СРСР.

Вакуумно-дифузійні газорозрядні технології (ВДГРТ), як клас технологій модифікації включає багато різновидів. Однією з найбільш освоєних та широко використовуваних на практиці є технологія іонного азотування у тліючому розряді. Колективу ПНФТЦ належить світова першість у розробці та впровадженні безводневого азотування у тліючому розряді (БАТР). Перевага такого підходу порівняно із традиційними технологіями, що використовують у якості складової робочого середовища аміак, полягає у відсутності явищ водневого окрихчення поверхонь і у забезпеченні повної екологічності процесу. У різний час колективом ПНФТЦ досліджувалися і впроваджувалися такі технології як іонне азотування, нітрооксидування, нітрогартування, карбоазотування, причому у різних варіантах – у тліючому розряді як постійного, так і імпульсного живлення, із залежними та автономними параметрами режиму, вивчалися процеси модифікації поверхні у нестаціонарних полях і т.д. В подальшому необхідно доповнити проведені дослідження вивченням впливу напруги, густини струму і питомої потужності електричного розряду на характеристики модифікованих поверхонь.

Останні напрацювання авторів пов’язані з дослідженням ефекту порожнистого катоду, що може бути використаний з метою інтенсифікації та прискорення вакуумно-дифузійних газорозрядних процесів, а також задля реалізації технологій локальної модифікації поверхонь. Можливість локального підвищення густини плазми при низьких значеннях напруги дозволяє вважати застосування згаданого ефекту при реалізації ВДГРТ надзвичайно перспективним з точки зору оптимізації зазначених технологій за критерієм енергоефективності. Результати поточних напрацювань можуть бути використані при розробці нових способів поверхневої обробки, здатних забезпечити формування покриттів дискретної структури. Інший напрямок досліджень пов’язаний із формуванням комплексних покриттів, що відбувається у два етапи: на першому проводиться електродугове наплавлення легуючого матеріалу, а на другому – його іонне азотування (карбоазотування). Результати попередніх експериментів свідчать про значне підвищення експлуатаційних характеристик отриманих покриттів і дозволяють припустити їх подальше зростання у разі утворення оптимальних дискретних структур на другому етапі обробки.

 


Тема 1Б-2017. Наукові основи підвищення контактної витривалості і зносостійкості конструкційних елементів з покриттями при терті кочення

(Номер державної реєстрації: 0117U001167)

Вирішена проблема підвищення зносостійкості та довговічності деталей машин з покриттями, які працюють в умовах тертя кочення в різних середовищах. Дана проблема є важливою особливо для важко навантажених конструкційних елементів (підшипників кочення, зубчастих коліс, подавальних вальців тощо). Застосування градієнтних покриттів є одним з перспективних напрямків підвищення довговічності пар тертя при коченні в різних середовищах. Вплив властивостей покриттів, напружено-деформованого стану конструкційних елементів з покриттями, залишкових технологічних напружень та водневої крихкості в покриттях на процеси зношування при коченні вивчені недостатньо. Тому розроблення наукових основ підвищення контактної витривалості та зносостійкості конструктивних елементів з покриттями при терті кочення є актуальною проблемою.

Об’єкт і предмет дослідження. Предметом досліджень є трибологічні та втомні властивості поверхні деталей з конструкційних сталей з різними покриттями  при терті кочення. Об’єктом дослідження є підвищення контактної витривалості та зносостійкості деталей машин з конструкційних сталей з покриттями при терті кочення.

Мета і основні завдання дослідження. Метою проекту є розроблення наукових основ підвищення контактної витривалості та зносостійкості конструкційних елементів з покриттями при терті кочення технологічними методами.

Завдання:

  • дослідження умов роботи пар кочення (підшипників кочення, зубчастих коліс, подавальних вальців тощо);
  • дослідження властивостей азотованих шарів після термоактивування;
  • дослідження напружено-деформованого стану моделі пластини з градієнтним покриттям різної конструкції і після прикладання навантажень;
  • дослідження залишкових напружень в покриттях, що наносилися за різними технологіями.
  • дослідження впливу водню на міцність і пластичність композиції «покриття-основа» при нанесенні покриттів в водневих середовищах;
  • дослідження властивостей поверхні конструктивних сталей після їх модифікації нанесенням покриттів за іонним азотуванням в безводневих середовищах;
  • розроблення методики експериментальних досліджень зносостійкості та контактної витривалості сталей з покриттями в умовах, що моделюють умови роботи конструктивних елементів при коченні та коченні з проковзуванням;
  • оптимізація та узагальнення результатів досліджень.
  • оптимізація властивостей покриттів та основи, а також технологічних режимів модифікації поверхні за параметрами максимальної зносостійкості.
  • стендові випробування зубчатих коліс і підшипників кочення, зміцнених за оптимальними режимами.
  • рекомендацій з підвищення зносостійкості і довговічності конструкційних елементів.

 


Тема 1Б-2015. Теорія процесів модифікації металевих поверхонь в тліючому розряді з автономними параметрами режиму

(Номер державної реєстрації: 0115U000222)

Об’єкт дослідження – теорія і практика модифікації металевих поверхонь в тліючому розряді з незалежними параметрами.

Мета роботи – розробка теоретичних основ процесів керованого формування триботехнічних систем шляхом модифікації металевих поверхонь в тліючому розряді з незалежними параметрами, які б узагальнювали теоретичні положення практичної розробки процесів вакуумно-дифузійної газорозрядної поверхневої обробки металів та їх сплавів, експериментальна перевірка теоретичних положень з напрацюванням рекомендацій щодо практичного впровадження процесу.

Метод дослідження – теоретико-експериментальний.

У якості одного з ефективних методів поверхневої модифікації металів традиційно використовується азотування в тліючому розряді з взаємозалежними параметрами. Серед всіх характеристик технології найбільші умови зв’язку на інші показники режиму накладає температура поверхні, оскільки для її підтримування необхідна деяка конкретна комбінація електричних параметрів розряду. Забезпечення певної температури поверхні за рахунок факторів, альтернативних розряду, дозволяє не тільки реально оптимізувати процес, але покращити його керованість в аспекті досягнення запланованих результатів. Таким чином, азотування в тліючому розряді з незалежними параметрами відкриває принципово нові можливості як теоретичного, так і технологічного планів. У першу чергу це стосується покращення керованості модифікаційним процесом, його оптимізації відповідно до вимог подальшої експлуатації. Не дивлячись на очевидні нові можливості, які відкриває застосування цього процесу, він практично не досліджувався ні в теоретичному, ні в експериментальному планах, що не сприяє використанню всіх його потенційних можливостей. Теоретичні дослідження виконані насамперед на основі розробленої енергетичної моделі процесу, котра у значній мірі більш адекватно пояснює всі субпроцеси, які є складовими загального модифікаційного процесу. Комбінування енергетичних параметрів азотування в тліючому розряді як у часі, так і за співвідношенням відкриває нові можливості керованого формування фазової структури поверхневого модифікованого шару відповідно до вимог експлуатації.

Процес абсолютно екологічно чистий і порівняно з іншими варіантами, включаючи традиційне азотування в тліючому розряді з взаємозалежними параметрами – енергетично більш вигідний, оскільки у зв’язку з можливістю оптимізації технології витрати енергії скорочуються, що, в свою чергу, позитивно впливає на економіку виробництва.

Результати НДР впроваджені в дослідне виробництво і можуть вико­ристовуватися в усіх галузях, де виникає потреба в покращенні властивостей металевих виробів (металообробка, авіабудування, деревообробка, вироб­ництво виробів з пластмас тощо).

Прогнозні припущення щодо розвитку об’єкта досліджень – подальші дослідження теорії і практики процесів азотування в тліючому розряді з незалежними параметрами.