(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Самотугін С.С.)
Мета НДР – створення наукових основ і фундаментальних положень досягнення якісно нового рівня експлуатаційних властивостей інструментальних матеріалів за рахунок нанесення модифікованих шарів з ультра- і нанодисперсною структурою. Предмет дослідження – параметри фазового складу, напруженого стану, міцності, зносостійкості і тріщиностійкості інструментальних сталей і сплавів після плазмової поверхневої модифікації. Вперше створено дислокаційну теорію зміцнення та руйнування модифікованих нано- та ультрадисперсних інструментальних матеріалів, що є підґрунтям для розробки новітніх технологій плазмового модифікування інструменту. Розроблено нові методи нанесення поверхневого модифікованого шару з градієнтною (дискретною) будовою, коли міцні та пластичні ділянки на поверхні інструменту чергуються за визначеною закономірністю. Це дозволяє додатково значно підвищить працездатність модифікованого інструменту за рахунок більш сприятливого розподілу залишкових та контактних напружень. Розроблено методику оцінки впливу градієнтної поверхневої модифікації на напружений стан поверхні інструменту. Вперше розроблено методологію управління структуроутворенням при плазмовому модифікуванні інструментальних матеріалів з метою одержання у поверхневому шарі ультрадисперсної структури з високим рівнем експлуатаційних характеристик. На підставі системного підходу до аналізу впливу вхідних і вихідних параметрів процесу плазмового модифікування розроблено новітні інтегровані технологічні процеси обробки інструменту та їх програмного управління. Комплексний підхід до досліджень дозволив створити алгоритм синтезу модифікованих шарів з найвищим рівнем механічних властивостей. Дослідженням встановлено, що при плазмовому модифікуванні при певних умовах на робочій поверхні сталевого або твердосплавного інструменту створюється шар матеріалу з ультра- або нанодисперсною структурою (середній розмір зерна /часток мартенситу або карбідів/ ≈10…100 нм) з якісно іншим рівнем (значновищим) міцності і пластичності. Такий шар має значні розміри (товщина – до 5 мм) і може бути нанесений на інструмент будь-яких габаритів і призначення. Високі технологічні якості плазмового джерела нагріву (гнучкість, керованість, адаптованість) дозволяють інтегрувати нові технології поверхневої модифікації деталей та інструменту у існуюче виробництво на будь-якій стадії – виготовлення нового обладнання або оснащення, ремонту та відновлення відпрацьованого устаткування. І це практично не впливає на характер технологічних процесів та їх складові. Тому новітні технології поверхневої модифікації інструменту можна вважати універсальними та інтегрованими. Це дає можливість не тільки кардинально поширити номенклатуру зміцнюваних виробів (від дрібних твердосплавних пластинок до великогабаритних валків), а й отримати якісно новий рівень експлуатаційних властивостей модифікованих матеріалів. Впровадження новітніх технологій плазмової модифікації інструменту є актуальним практично на кожному промисловому підприємстві України, особливо в галузях металургії та машинобудування. Очікуваний річний економічний ефект від промислового використання новітніх технологій складає не менше 500 тис. грн. для кожного підприємства. Термін окупності витрат на впровадження не перевищує 1-2 роки.