(науковий керівник – канд. техн. наук, доц.. Чабак Ю.Г.)
Прикладна наукова робота за грантом Президента України була спрямована на вирішення проблеми підвищення функціональних властивостей та експлуатаційної довговічності змінних деталей машин та агрегатів для підприємств різних галузей промисловості, зменшення витрат, пов’язаних із заміною зношених металовиробів.
Мета роботи – підвищення функціональних властивостей високолегованих сталей та чавунів триботехнічного призначення шляхом утворення модифікованих шарів та мультикомпонентних захисних покриттів, отриманих за допомогою імпульсно-плазмової обробки.
Новизна роботи полягає у використанні нового типу плазмових прискорювачів, а саме електротермічного аксіального плазмового прискорювача, для отримання захисних покриттів та модифікованих шарів. Він дозволяє генерувати високоенергетичні плазмоїди за відсутності вакууму. В процесі обробки з плазмовим потоком на поверхню деталі переноситься матеріал електродів у вигляді атомів (іонів), які випаровуються, або краплі рідкої фази, що утворюється при оплавленні поверхні аноду. Паралельно відбувається модифікація поверхневих шарів деталі зі зміною властивостей в заданому напрямку.
Застосуванням високоенергетичного імпульсно-плазмового розряду із використанням катоду з комплексно-легованої сталі 170Х14Г3С3Н1ФР1 вперше отримано на високохромистому чавуну та сталі 75Г модифіковані поверхневі шари зі зміненою мікробудовою товщиною не менше 20 мкм та мультикомпонентні покриття товщиною не менше 50 мкм. Проведенням пост-плазмової термічної обробки вперше забезпечено протікання твердофазних реакцій карбідоутворення в покритті із формуванням градієнтної мікроструктури, що складається із a-Fe, g-Fe, карбідних ((Fe3,8Cr2,9Mn0,3)7C3) та карбоборидних ((Fe1,4Cr0,6Mn0,1)2(С,B), (Fe3,3Cr1,5Mn0,2)5(С,B2)3)) фаз у різних співвідношеннях по перетину покриття. Встановлено, що об’ємна доля включень становить в середньому 55 %, що вище на 23% по відношенню до вихідного стану матеріалу катоду. Показано, що утворення такої структури забезпечує підвищення мікротвердості поверхні в 1,5 рази (до 885–1100 HV) та трибологічних характеристик поверхні (абразивної зносостійкості) в середньому в 1,35 разів. Встановлено, що імпульсно-плазмова обробка в поєднанні з пост-плазмового термічною обробкою дозволяє істотно диспергувати структуру матеріалу катоду, а саме в десятки разів зменшити розміри карбідних включень при підвищенні однорідності їх розміру та розподілу. Вперше показано, що плазмове напилення приводить до збільшення об’ємної частки карбідів і карбоборідов в покритті щодо вихідного стану, що може бути пов’язано з насиченням металу вуглецем в процесі плазмової обробки за рахунок ерозії стінок прискорювача.
Очікувана економічна ефективність від впровадження результатів роботи пов’язана зі зниженням безпосередніх витрат на заміну зношених деталей, подовженням міжремонтного циклу, підвищенням обсягів виробництва за рахунок зменшення непродуктивного простою обладнання. Найбільш імовірними замовниками є підприємства машинобудівної та металургійної галузей промисловості.