21. Відділ термомеханічної обробки тугоплавких матеріалів


Основні напрямки наукової діяльності

  • Вирішення наукових і прикладних проблем синтезу та консолідації нових керамометалічних і керамічних матеріалів на основі тугоплавких сполук з дрібнозернистою та нанокристалічною структурою, підвищеними фізико-механічними і триботехнічними властивостями.
  • Формування покриттів з градієнтом механічних властивостей та ефектом відновлення функціональних.
  • Розробка проектування композиційних тугоплавких матеріалів.

Найкращі результати

2018 рік

Розроблено технології синтезу та консолідації іскро-плазмовим спіканням нанокристалічних порошків на основі TiN-Si3N4-ZrN та ZrO2. Отримано щільну зносостійку кераміку з розміром зерен менш ніж 100 нм.

За результатами досліджень вакуумного спікання сумішей карбіду вольфраму з оксидом на основі заліза та додатком оптимального вмісту вільного вуглецю отримано твердий сплав з високою міцністю на вигин, що сягає 2,0 + 0,3 ГПа, та тріщиностійкістю 26 + 2 МПа•м1/2, характерними для кращих традиційних твердих сплавів з кобальтовою зв’язкою. Практичне застосування таких сплавів дозволить вирішити проблему використання дефіцитного та дорогого кобальту.

Синтезовано порошки MgAl2O4 (d<100 нм) та фториду магнію (10-15 нм). Розроблено технологічну інструкцію на технологію синтезу нанопорошку MgF2. Іскро-плазмовим спіканням отримано щільні зразки зі значенням прозорості MgF2 ~70 % та MgAl2O4 ~66,4 %. Розроблено режим нелінійного іскро-плазмового спікання нанокристалічного порошку діоксиду цирконію (12 нм), що дозволяє отримувати щільну кераміку (99,8%) при температурі 1180 оС.

2017 рік

ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ ТЕРМОМЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ НА КОНСОЛІДАЦІЮ, ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОРОШКОВИХ КЕРАМІКО-МЕТАЛЕВИХ ТА КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ТУГОПЛАВКИХ КАРБІДІВ

Розроблено кераміко-металеві матеріали на основі карбідів бору та кремнію з алюмінієвими фазами з киснем, азотом та бором, утвореними внаслідок механосинтезу за умов сухого розмелу. Ці фази активують ущільнення пористого матеріалу, формування дрібнозернистої структури кераміко-металевих матеріалів на основі вказаних карбідів в процесі спікання під тиском. Матеріали з такою структурою мають підвищені механічні властивості і можуть бути застосовані як легкі зносостійкі матеріали (Ю.Г.Ткаченко, Д.З.Юрченко)

Методом ударного спікання отримано жаростійкий композит на основі ніхрому Х20Н80 з масовим вмістом 32,5 % карбіду титану TiC з підвищеними механічними властивостями. Міцність на вигин зразків, спечених під дією удару, становить 1580 МПа, отриманих традиційним спіканням не перевищує 780 МПа. Дещо менша різниця у значеннях межі текучості на стиск відповідно 2020 та 1660 МПа, твердості за Віккерсом – 6140 та 5540 МПа. Матеріал може бути використано у зносостійких виробах, що працюють при підвищених температурах (А.В.Лаптєв, О.І.Толочин)

ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ ІСКРОВОГО РОЗРЯДУ ТА ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ НА ЕРОЗІЮ, МАСОПЕРЕНОС МАТЕРІАЛУ ЕЛЕКТРОДІВ, ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОКРИТТІВ ПРИ ЕЛЕКТРОІСКРОВОМУ ЛЕГУВАННІ

Вивчено термокінетику активних зон електродів в процесі масопереносу та еволюції їх поверхні в процесах електроіскрового нанесення високотвердих та зносостійких покриттів. Встановлено взаємозв"язок між інтенсивністю теплових потоків до електродів та характеристиками покриття, зокрема твердістю та зносостійкістю. На основі аналізу отриманих даних запропоновано методику ступінчастого корегування параметрів іскрового легування (сили струму, частоти імпульсів та навантаження на електрод) з урахуванням товщини зміненого шару та теплового режиму активних зон електродів. Це забезпечить збереження високої твердості та зносостійкості при збільшенні товщини покриття (В.Д.Бєлік, Р.В.Литвин)

Розроблено електродні матеріали, що містять карбід титану і 20-90 мас.% зв"язки (Fe-9Cr-1,5Si-2Al) і забезпечують отримання електроіскрових покриттів з підвищеними властивостями. Опір абразивному зношуванню і жаростійкість отриманих електроіскрових покриттів в 2-3 рази вищі, ніж покриттів з твердих сплавів з іншими зв"язками і сталі 45 без покриття. Використання розроблених електродних сплавів дозволило сформувати покриття товщиною 120-160 мкм при сумарній товщині зміцненого шару з перехідною зоною 240-270 мкм. Мікротвердість покриттів становить 8,5–14,5 ГПа (в залежності від вмісту зв"язки в сплавах) (Ю.Г.Ткаченко, Д.З.Юрченко)

2016 рік

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ І КОНСОЛІДАЦІЇ КЕРАМІКО-МЕТАЛЕВИХ ТА КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ З ЗАСТОСУВАННЯМ ІМПУЛЬСНОГО ТА НЕІЗОТЕРМІЧНОГО ГАРЯЧОГО ПРЕСУВАННЯ

Розроблено методику отримання високоміцної дрібнозернистої металевої зв´ язки керметів на основі карбіду вольфраму у спосіб відновлення суміші складних оксидів заліза, нікелю та кобальту високодисперсним технічним вуглецем в середовищі аргону та подальшої термомеханічної обробки (імпульсного гарячого пресування) за умови твердофазного спікання при знижених температурах. Міцність на вигин зразків, ущільнених при 800 0С, становить 1600 МПа (А.В. Лаптєв, О.І. Толочин).

ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОІСКРОВОГО РОЗРЯДУ ТА ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ НА ЕРОЗІЮ, МАСОПЕРЕНОС МАТЕРІАЛУ ЕЛЕКТРОДІВ, ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОКРИТТІВ ПРИ ЕЛЕКТРОІСКРОВОМУ ЛЕГУВАННІ

Розроблено методику опосередкованої оцінки енергії катодних струменів за різницею катодних та анодних теплових потоків в процесах електроіскрового нанесення покриттів. Варіювання режиму електроіскрового легування через зміну притискного навантаження на електроди та частоти проходження імпульсів дозволяє отримувати електроіскрові покриття з наперед заданими характеристиками, зокрема змінювати твердість нанесеного шару майже в 2 рази (В.Д. Бєлік).

За результатами дослідження структури та ерозійних властивостей електродних матеріалів на основі карбіду титану з масовим вмістом металевої зв´ язки в межах 20 – 90 % на основі заліза, легованої хромом, кремнієм та алюмінієм, встановлено закономірності формування їх структури в залежності від умов спікання та вмісту зв´ язки, а також формування структури і властивостей електроіскрових покриттів. В залежності від структурного стану й фазового складу електродів змінюється масоперенос еродованого матеріалу на сталеву підкладку і утворення зносостійких захисних шарів товщиною від 100 до 160 мкм і твердістю від 9 до 14,2 ГПа. Сформовані захисні шари на сталевій підкладці дали можливість підвищити її жаростійкість за температури 900 0С і тривалості 35 годин у 2 – 2,7 рази в залежності від вмісту зв´ язки в електроді (Ю.Г. Ткаченко, Д.З. Юрченко).

Міжнародне наукове та науково-технічне співробітництво

Ковальченко М. С. є членом редколегії міжнародного журналу “International Journal of Refractory Metals and Hard Materials”.