Дисертації з теми "Мікротвердість сталі"

Магістерська робота присвячена дослідженню впливу фазового складу та мікроструктури поверхні сталі У8А після дифузійного порошкового контактного хромування на твердість та корозійну стійкість. За результатами проведених досліджень встановлено вплив на структуру і мікроструктуру дослідних зразків хромованого покриття, зміни структурно – фазового стану в залежності від складу і концентрацій механічні властивості отриманих матеріалів Хромування знайшло широке застосування в самих різних областях, оскільки дозволяє надати деталям додаткові характеристики і захистити вироби від впливу факторів навколишнього середовища. Високу затребуваність і популярність процес покриття виробів шаром хрому отримав завдяки наступним перевагам процесу: на покриття не впливають перепади температур, висока вологість або інші негативні фактори навколишнього середовища; при дії сильних окислювачів на поверхні хромованого покриття з'являється особлива тонка плівка оксидів, яка захищає деталь; підвищення показників міцності і твердості оброблених виробів; висока декоративність виробів, яка не змінює своїх якостей з часом.

У промисловості найбільш широко процес ХТО здійснюється стосовно низьковуглецевої сталі 20Х. Тому представляє практичний інтерес провести експериментальні дослідження з розробки режимів дифузійного насичення сталі 20Х в умовах термоциклічного впливу, і розробки на цій основі технології різних видів ХТЦО. В ході проведення досліджень і виконання кваліфікаційної роботи магістра було вивчено вплив термоциклічного дифузійного насичення на структуру і властивості сталі: проведено порівняльний аналіз структури і властивостей сталі 20Х після різних видів термічної, хіміко-термічної та хіміко-термоциклічної обробок; розроблена технологія ХТЦО при різних кількостях циклів. Після проведення ХТЦО визначена товщина дифузійного шару і його мікротвердість, а також розподіл вуглецю по товщині насичуючого шару. На основі аналізу результатів експериментальних досліджень, було встановлено основні чинники, щоб забезпечити ефективний розвиток дифузійних процесів в режимі ХТЦО, а саме її вплив на структуру і фізико-механічні властивості сталей: подрібнення зерна (до 10 - 11 бала) і обґрунтовано ефективність вибору технологій хіміко-термоциклічного зміцнення.

В роботі було проведено аналіз літературних джерел та проведено порівняння процесів азотування в різних насичуючих середовищах, а саме, газового, іонного та азотування в порошковій суміші для конструкційної сталі 38Х2МЮА. Запропоновані способи дозволяють в різній мірі впливати на структурно-фазові перетворення кінетику утворення дифузійних шарів і механічні властивості. У ході проведення досліджень і виконання магістерської кваліфікаційної роботи було досліджено вплив процесів пічного (газового), іонного азотування та азотування в суміші на структуру й властивості сталі 38Х2МЮА, розроблена технологія хіміко-термічної обробки азотування в суміші. Після проведення азотування визначена товщина дифузійного шару і його мікротвердість, а також вплив різних середовищ для азотування на міцністні характеристики сталі. Була визначена зносостійкість сталі після проведених вище зазначених процесів.

В роботі проведено визначення впливу умов процесу карбонітрації на структуру й механічні властивості сталі Р6М5 для виготовлення ріжучих інструментів. Результати проведеного дослідження показали, що насичення поверхні швидкорізальної сталі Р6М5 азотом і вуглецем при карбонітрації в порошковому середовищі, яке складалось із вугілля, соди Na₂CO₃ і калія залізоціаністого K₄Fe(CN)₆ проводилось при температурах 450; 500 і 550 ℃. Було встановлено закономірності впливу складу насичуючого середовища і режимів карбонітрації на структуру і фазовий склад дифузійних шарів на швидкорізальній сталі Р6М5 та залежності між режимами карбонітрації, структурою дифузійних шарів і властивостями (твердість і зносостійкість) швидкорізальної сталі Р6М5. На підставі теоретичного аналізу та експериментальних досліджень розроблена енергозберігаюча та екологічно безпечна технологія зміцнення ріжучого інструменту з швидкорізальної стал Р6М5, що забезпечує підвищення його стійкості в 1,5 - 2,0 рази.

Робота присвячена дослідженню залежності впливу різних режимів нітроцементації у пастоподібних карбюризаторах на структуру та механічні властивості термополіпшуваної сталі 30ХГТ. Мета роботи – підвищення механічних і експлуатаційних властивостей виробів із конструкційної поліпшуваної сталі 30ХГТ за рахунок формування раціонального структурного і фазового складу матеріалу при дифузійному поверхневому зміцненні з використанням нітроцементуючих покриттів на основі пастоподібних карбюризаторів. За результатами проведених досліджень встановлено вплив на мікроструктуру та механічні властивості дослідних зразків зі сталі 30ХГТ нітроцементації з використанням пастоподібного вуглеце-азотистого карбюризатора. Показана висока активність нітроцементуючого покриття, достатня для утворення на поверхні сталі глибоких карбонітридних (ε-карбонітриду і карбонітриду Fe3(CN)) при низьких температурах (600 - 660 °С) і заевтектоїдних шарів (з великою кількістю надлишкових карбідів) при високих температурах (760 - 880 °С). Насичуюче пастоутворююче середовище на основі сажі з азотовмісними добавками (сечовиною і жовтою кров'яною сіллю) цілком придатне і ефективне для поверхневої зміцнюючої обробки сталевих виробів в широкому діапазоні температур. Тверді карбонітриди, що утворюються на поверхні оброблюваних в цій пасті виробів, або карбонітридна кірка, мають ту ж твердість, але значно підвищену витривалість в 1,5 рази.

В роботі проведено дослідження впливу процесу нітроцементації у порошках із використанням термоциклічної обробки на структуру та механічні властивості сталі 30ХГТ. Мета роботи полягає в порівняльному аналізі впливу процесів ізотермічної та термоциклічної нітроцементації на структуру й механічні властивості сталі 30ХГТ для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей виробів. Результати проведеного дослідження показали, що нітроцементація з термоциклічною обробкою у суміші порошків (70 % деревного вугілля і 30 % червоної кров'яної солі) позитивно впливає на структуру та механічні властивості зразків із термополіпшуваної сталі 30ХГТ. Після термоциклічної нітроцементації товщина нітроцементованого шару сталі 30ХГТ в 1,45 - 1,50 рази вище, порівняно із нітроцементацією з ізотермічним нагріванням, що покращує механічні властивості і структуру сталі. На процес нітроцементації з циклічним нагріванням витрачено менше часу, ніж на традиційний процес нітроцементації з ізотермічним нагріванням. Застосування хіміко-термоциклічної обробки, а саме термоциклічної нітроцементації, призвело до підвищення зносостійкості сталі 30ХГТ в 1,3 - 1,5 рази.

В роботі проведено дослідження властивостей сталі 12Х18Н9Т після нанесення захисних нітридних покриттів методом магнетронного напилення. Проведені дослідження показали, що попередня іонна обробка сталевої підкладки істотно впливає на структуру і механічні властивості покриттів TiAlN. Бомбардування підкладки іонами Ti призводить до модифікації її поверхневого шару і формування на ній тонкої плівки Ti, яка трансформується в TiN після заповнення робочої камери азотом. Утворення даної плівки, а також істотне підвищення температури підкладки після її іонної обробки викликають збільшення дифузійної рухливості адатомів і сприяють епітаксійних росту стовпчастих зерен з прямими межами. Зміна характеру зростання призводить не тільки до зміни структури покриттів, але і до релаксації в них внутрішніх напружень. Це забезпечує підвищення твердості покриттів TiAlN в 1,3 рази в порівнянні з покриттями, нанесеними на необроблену підкладку.
The properties of steel 12X18H9T after application of protective nitride coatings by magnetron sputtering were investigated. The study results showed that the pre-ionic treatment of the steel substrate significantly affects the structure and mechanical properties of TiAlN coatings. The bombardment of the substrate with Ti ions leads to modifying its surface layer and forming a thin film of Ti, which is transformed into TiN after filling the working chamber with nitrogen. The formation of this film and a significant increase in the substrate's temperature after its ionic treatment cause an increase in the diffusion mobility of adatoms and promote epitaxial growth of columnar grains with straight boundaries. Changing the nature of growth leads to a change in the coatings' structure and the relaxation of their internal stresses. It provides an increase in the hardness of TiAlN coatings by 1.3 times compared to coatings applied to the untreated substrate.

Робота присвячена дослідженню впливу режимів хіміко-термічної обробки на формування структури та властивостей низько- та високолегованих хромистих сталей. За результатами проведених магістерською роботою експериментальних досліджень вивчено вплив хіміко-термічної обробки на властивості та формування мікроструктури зразків з хромистих сталей з різним ступенем легованості; встановлено безпосередній вплив термічного зміцнення на зростання властивостей твердості, міцності та опору втомним руйнуванням при застосуванні всіх режимів термічного зміцнення; досліджено вплив зміни температури дифузійного насичення на зміну експлуатаційних характеристик хромистих сталей 30Х та 30Х13. Встановлено, що оптимальною температурою для проведення нітроцементації сталі 30Х є 850 С, за даних режимів попри формування тонкого дифузійного шару, за рахунок збереження дрібно дисперсності сталі спостерігається найоптимальніше поєднання властивостей твердості та втомної міцності; для сталі 30Х13 оптимальною температурою є 900 С, що забезпечує формування оптимальної за товщиною дифузійної зони та найліпші показники межі втомної міцності.

Робота виконана на кафедрі хімії і хімічної технології Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України.
Дана робота присвячена розробці технологічних рідин на основі створення синергічних сумішей інгібіторів корозії і ПАР для електроіскрового механічного методу підготовки сталевих поверхонь за допомогою електричних шліфувальних машин. Антикорозійна ефективність синергічних сумішей пасиваторів оксидної і сольової дії залежить від природи компонентів, механізму їх дії, а також від співвідношення молярних концентрацій складових в синергічних сумішах. Результати поляризаційних досліджень електрохімічної поведінки сталі показали перевагу інгібуючої ефективності синергічних композиції порівняно з ефективністю окремих компонентів, що підтверджується наявністю зони пасивації в широкому діапазоні потенціалів (0,8-1 В) і мінімального значення густини струму повної пасивації (1-2*10^-6 А/см^2), що свідчить про повний захист сталі від корозії. Показано, що зниження поверхневого натягу водних розчинів створених сумішей ПАР на межі повітря - рідина і зниження мікротвердості сталі на межі рідина-метал мають подібний характер. Введення розроблених технологічних рідин в зону обробки дозволяє знизити енергетичні витрати процесу на 30-40%, і підвищити клас чистоти поверхні на 3 і більше одиниць за рахунок ефекту пластифікації поверхні (ефект Ребіндера). Електроіскрова обробка оцинкованою щіткою дозволяє наносити на поверхню металу цинкові протектори, які разом з синергічними сумішами інгібіторів виявляють явище нададитивності, забезпечують майже стовідсотковий антикорозійний захист сталі навіть в сильно агресивних середовищах (3% NaCl), і збільшує період післяопераційного зберігання. Особливо високі показники захисту сталевих поверхонь отримано при використанні оцинкованої щітки з наступним нанесенням лакофарбового покриття, де реалізуються ефект взаємного посилення (синергізму) між протекторним електрохімічним захистом з лакофарбовим покриттям.

Робота виконана на кафедрі хімії і хімічної технології Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України
Дана робота присвячена розробці технологічних рідин на основі створення синергічних сумішей інгібіторів корозії і ПАР для електроіскрового механічного методу підготовки сталевих поверхонь за допомогою електричних шліфувальних машин. Антикорозійна ефективність синергічних сумішей пасиваторів оксидної і сольової дії залежить від природи компонентів, механізму їх дії, а також від співвідношення молярних концентрацій складових в синергічних сумішах. Результати поляризаційних досліджень електрохімічної поведінки сталі показали перевагу інгібуючої ефективності синергічних композиції порівняно з ефективністю окремих компонентів, що підтверджується наявністю зони пасивації в широкому діапазоні потенціалів (0,8-1 В) і мінімального значення густини струму повної пасивації (1-2*10^-6 А/см^2), що свідчить про повний захист сталі від корозії. Показано, що зниження поверхневого натягу водних розчинів створених сумішей ПАР на межі повітря - рідина і зниження мікротвердості сталі на межі рідина-метал мають подібний характер. Введення розроблених технологічних рідин в зону обробки дозволяє знизити енергетичні витрати процесу на 30-40%, і підвищити клас чистоти поверхні на 3 і більше одиниць за рахунок ефекту пластифікації поверхні (ефект Ребіндера). Електроіскрова обробка оцинкованою щіткою дозволяє наносити на поверхню металу цинкові протектори, які разом з синергічними сумішами інгібіторів виявляють явище нададитивності, забезпечують майже стовідсотковий антикорозійний захист сталі навіть в сильно агресивних середовищах (3% NaCl), і збільшує період післяопераційного зберігання. Особливо високі показники захисту сталевих поверхонь отримано при використанні оцинкованої щітки з наступним нанесенням лакофарбового покриття, де реалізуються ефект взаємного посилення (синергізму) між протекторним електрохімічним захистом з лакофарбовим покриттям.
The work is devoted to the development of process fluids based on synergistic mixtures of surfactants and corrosion inhibitors for the electric-spark mechanical method steel surfaces preparing using electric grinders. The use of individual representatives of inhibitors and surfactants usually does not allow to obtain high efficacy. More effective are mixtures, the composition of which is characterized by a synergism in the action of their components. Nowadays, studies devoted to elucidating the mechanism of action of highly effective synergistic mixtures of metal corrosion inhibitors and surfactant compositions, same as related to the uncertainty of if effectiveness influence on the nature of components, as well as concerning the ratio of their concentrations in solutions remain developed insufficiently. The influence of additives on the qualitative characteristics of the prepared surfaces and energy costs of the process are also studied insufficiently. Such situation requires to develop research aimed on the increasing the corrosion resistance of metals during their postoperative period of storage, and also on improving of its protective properties after the paints and varnishes application. To prevent an occurrence of corrosion processes during electrospark machining of steel, technological fluids specifically containing synergistic mixtures of corrosion inhibitors with different mechanism of action oxide and salt passivation or adsorption were developed, their effectiveness depends on the ratio of components and is characterized by an extremum where attained maximum level of inhibitory effect of additives on the kinetics of electrochemical corrosion processes of steel and full protection is achieved. Anticorrosive efficiency of synergistic mixtures of the passivator oxide action (sodium nitrite) and the salt action (sodium silicate) depend on the nature of the components, the mechanism of their action, and also on the ratio of its molar concentrations constituting in synergistic mixtures and is characterized by a synergistic extremum of inhibitory action at a ratio of sodium nitrite concentrations and sodium silicate, as 1:2. The results of polarization studies of the electrochemical behavior of steel have revealed an advantage of the inhibitory efficiency of the synergistic compositions compared to the efficiency of individual components, and is confirmed by the existence of a passivation zone in a wide range of potentials (0.8-1 V) and by minimum values of the full passivation (1-2*10^-6 A/cm^2) current density, which indicates the comprehensive corrosion protection of steel. The introduction of such process fluids into the processing zone allows the treatment energy costs reducing by 30–40% and increasing the surface cleanliness class by 3 and more units due to the surface plasticization effect (Rehbinder effect). Synergistic mixtures of surfactants contain molecules with oppositely charged functional groups, between which the forces of mutual attraction arise that allows to achieve high surface activity at the phase boundaries: air - liquid and liquid - metal. It was found that a decrease of the surface tension in aqueous solutions of the developed surfactant mixtures at the air-liquid interface and a decrease in the microhardness of steel at the liquid-metal interface have a similar nature and demonstrate efficiency extremes with a similar ratio of molar concentrations of anionic and cationic active components of order 1:1. The thermodynamic characteristics of the formation of an adsorption layer surfactant at the interface of the aqueous solution-air were determined. It is shown that the dependences of surface tension, changes in entropy and enthalpy on the ratio of molar concentrations of cationic and anion active surfactants have a parallel extreme character, and the positive value of ΔS> 0 indicates that the driving force of the direct adsorption process is the entropy factor. The electro-spark treatment with a galvanized brush allows to apply zinc protectors to the metal surface, which, together with the synergistic mixtures of inhibitors, demonstrate the phenomenon of additivity and provide almost one hundred percent corrosion protection of steel even in strong corrosive media (3% NaCl), and enlarges the period of postoperative storage. Especially high rates of steel surfaces protection are obtained using a galvanized brush with the subsequent application of a paint and varnish coating, where the effect of mutual reinforcement (synergism) between the sacrificial electrochemical protection with a paint coating is realized. Due to the formation of zinc hydroxide inside the paint coating, the ohmic resistance is enlarged, the adhesion and protective properties of paint coatings are improved.

Робота присвячена дослідженню впливу наноструктурованих зносостійких покриттів на основі Ti, Zr, Al і Cr та N, отриманих методом магнетронного розпилення, на структуру та властивості ріжучого інструменту з метою підвищення його твердості, зносостійкості та експлуатаційних властивостей. Мета роботи полягає у встановленні впливу фізико-технологічних параметрів осадження, тиску робочого газу та потенціалу зсуву, на формування наноструктурованих нітридних покриттів Ti, Zr, Al і Cr та N, встановлення їх структурно-фазового стану, механічних і трибологічних характеристик. За результатами проведених досліджень встановлено вплив на фазовий склад і мікроструктуру, а отже і характеристики твердості, при формуванні покриттів, складу мішені, величини прикладеної до підкладки напруги, співвідношення суміші газів азоту і аргону, потужності розпилення мішені; тріщиноутворення в одношарових покриттях TiN, AlN, ZrN і CrN та комплексних покриттях на їх основі. Встановлено, що мікротвердість наноструктурованих зносостійких покриттів TiN складає 20 – 24 ГПа, ZrN – до 26 ГПа, CrN – до 16-22 ГПа, TiAlN – до 35 ГПа, TiZrN 36 - 38 ГПа, в той час як мікротвердість самої підкладки зі сталі Р6М5 – 6 – 9 ГПа. Мікротвердість двохелементних покриттів TiAlN та TiZrN, нанесених на інструментальну основу, в 1,5 - 1,9 рази вище мікротвердості одноелементних покриттів TiN, ZrN. Встановлено, що інтенсивність зношування сталі після 120 хвилин випробувань без покриття в 6 разів більше ніж з покриттям TiAlN, в 3 рази - ніж з покриттям TiN, в 7-8 разів - ніж з покриттями ZrN і TiZrN та в 5 разів більше ніж з покриттям СrN.

Робота присвячена дослідженню залежності впливу різних технологічних режимів нанесення на мікроструктуру, мікротвердість і механічні властивості. За результатами проведених досліджень встановлено вплив на структуру, мікроструктуру та мікротвердість дослідних зразків; зміни структурно-фазового стану; вивчено механічні властивості. Розроблена технологія нанесення зносостійкого покриття на основі модифікованого нітриду титану: визначені технологічні параметри процесу, запропоновані компоновані схеми установки для нанесення покриття, дані рекомендації по вибору матеріалів і хімічному складу зносостійкого покриття. Визначено найбільш вигідний технологічний режим нанесення покриття для досягнення максимальної мікротвердості. Найбільш оптимальним є режим напилення при тиску газу Р = 0,04 Па і струму дуги І = 120 А. Дослідним шляхом виявлено зменшення інтенсивності зношення. Дослідження на зносостійкість показали зменшення глибини лунки зносу в 2 рази.

Кількість гостродефектних зварних стиків рейок, які виявляються в експлуатації засобами дефектоскопії, з кожним роком збільшується. Так само щорічно збільшується кількість зламів рейок в області зварних стиків за дефектами зварювання. При стиковому зварюванні можуть виникати труднощі отримання якісних зварних з'єднань обумовленні швидким нагріванням зварного стику, що забезпечується методом пульсуючого оплавлення, та інтенсивним охолодження зони термічного впливу з формуванням високоміцного шару зі структурою мартенситу на місці мікрооб'ємів з підвищеним вмістом хрому, нікелю та вуглецю.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія (16 – Хімічна та біоінженерія). ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Об'єкт досліджень – електрохімічні процеси утворення покриттів, що складаються з мікро- і нанорозмірних Cu, Sn, Ni, Zn-вмісних шарів керованого фазового складу. Предмет досліджень – кінетичні закономірності процесів утворення Cu, Sn, Ni, Zn-вмісних шарів покриттів керованого фазового складу у полілігандних електролітах та їх фізико-механічні, антикорозійні і каталітичні властивості. Дисертацію присвячено розробці теоретичних принципи підвищення функціональних властивостей поверхневих матеріалів шляхом почергового електроосадження нано- і мікророзмірних шарів Cu, Sn, Ni, Zn-вмісними сплавів. Основним принципом є пріоритетне використання полілігандних електролітів зі створенням умов для осадження шарів різного заданого фазового складу (ШРФС) з метою впливу на мікро- і макро структуру осадів і поліпшення бар’єрних антикорозійних та механічних властивостей покриттів завдяки періодичній зміні умов зародкоутворення з одержанням дрібнокристалічних осадів та створенням міжшарових меж, збагачених інтерметалідами. На підставі визначення кінетичних закономірностей електродних процесів у системах М-P₂O₇⁴⁻-Cit³⁻, М-P₂O₇⁴⁻-Y⁴⁻, M-NH₃-Gly доведено перевагу використання для електроосадження покриттів ШРФС полілігандних електролітів перед монолігандними завдяки: можливості осаджувати тонкі шари різного фазового складу з одного електроліту, миттєвому механізму нуклеації з утворенням тонких суцільних плівок при пошаровому осадженні сплавів, розширенню області допустимих густин струму розчинення металів у складі комбінованих анодів в умовах періодичної зміни густини струму в широкому діапазоні значень. Визначено, що сумісний розряд іонів усіх металів, в досліджуваних полілігандних електролітах, супроводжується концентраційними ускладненнями з наявністю адсорбційних явищ при низькій густині струму осадження плівок сплавів та впливу при більш високих густинах струму кінетичних обмежень, які пов’язані з хімічної стадією дисоціації комплексів, що передує розряду. На базі аналізу модельних поляризаційних залежностей, отриманих при нелінійній зміні потенціалу за експериментально отриманими даними запропоновано нову методику кількісного визначення параметрів контактного обміну в електролітах. Чітка відповідність цих залежностей експериментально визначеній зміні потенціалу сумарного процесу з дискретністю до 1 мВ та 0,05 с з урахуванням її напрямку та зміни швидкості дозволяє підвищити точність визначати параметри супряжених процесів. Обґрунтовано алгоритм кількісного визначення елементного і фазового складу плівок сплаву Zn-Ni на основі запропонованого механізму анодного розчинення тонких шарів сплаву Zn-Ni в умовах стрипінг-вольтамперометрії. У процесі анодної обробки тонких шарів сплаву Zn-Ni у лужному аміачно- гліцинатному розчині відбувається послідовне розчинення фази цинку, цинку з δ- і γ-фази сплаву різної структури, потім збагаченого нікелем залишку та матричного нікелю. Визначено зв’язок вмісту інтерметалідів і вихідної структури γ-фази зі складом збагаченого нікелем залишку на електроді, що дозволяє підвищити точність кількісного визначення складу шарів. Ідентифіковано та підтверджено методом рентгенівської дифрактометрії піки послідовного окислення фаз, які присутні в сплавах Cu-Zn, Cu-Sn і Zn-Ni, осаджених з досліджуваних електролітів при вольтамперогрометричному розчиненні плівок сплавів. Встановлено залежності хімічного і фазового складу шарів сплавів від складу електролітів і режиму електролізу з використанням методу стрипінг-вольтамперометрії. Проектування архітектури покриттів з шарами різного фазового складу виконано на основі аналізу зміни фазового складу шарів сплавів по товщині, впливу почергового осадження шарів сплавів на склад покриттів ШРФС, визначених варіантів фазового складу бішарів. Складові шари складаються з таких фаз: (Cu-Zn)баз – переважно α-фазу, (Cu-Zn)дод – (крім α-фази містять β-, ε- і γ-фази, та Zn); (Cu-Sn)баз – крім α-фази містять ε- і η-фази, не містіть фазу Sn, (Cu-Sn)дод – крім α-фази містять фазу Sn і η-фазу, а ε-фаза відсутня; (Zn-Ni)баз містять фазу Zn, δ- і γ-фази, (Zn-Ni)дод – додатково містять рентгеноаморфну β-фазу та фазу Ni. Аналіз XRD покриттів з шарами різного фазового складу показав наявність значної кількості інтерметалідів у складі покриттів з розміром областей когерентного розсіювання для основних фаз 9-10 нм. Методом SEM показано, що розроблені покриття мають рівномірну та дрібнокристалічну структуру поверхні з щільною упаковкою зерен та за відсутності пор. Визначено взаємозв’язок характеру впливу складу електроліту, режиму електролізу та архітектури покриттів [(М₁-М₂)баз/(М₁-М₂)дод]n та їх мікротвердість та корозійної стійкості. Доведено, що показники корозійної стійкості і мікротвердості розроблених покриттів перевищують показники одношарових покриттів базовими сплавами, які осаджені у тих же електролітах. Мікротвердість екстремально залежить від архітектури покриттів. Максимальна мікротвердість розроблених покриттів складає 397-428 HV для [(Cu-Zn)баз/( Cu-Zn)дод]n, 476-511 HV для [(Cu-Sn)баз/(Cu-Sn)дод]n, та 700-864 HV для ([(Zn-Ni)баз/(Zn-Ni)дод]n при товщині бішару 20-125 нм. Встановлено, що катодні по відношенню до сталі покриття ШРФС, які складаються зі сплавів Cu-Zn і Cu-Sn, безпористі при товщині 0,63 мкм і 2,3 мкм, відповідно. В умовах тривалої витримки у розчині 3,5 % NaCl анодні покриття [(Zn-Ni)баз/(Zn-Ni)дод]n зберігають захисні властивості на сталі у 1,5-2,6 разів довше в порівнянні з одношаровими покриттями. Встановлено вплив складу електролітів, потенціалу і часу осадження шарів покриттів [(М₁-М₂-(М₃))/(Мi-Mj(OH)₂)]n (i=1-3) на показники їх каталітичної активності в тестових реакціях виділення водню і окислення органічних речовин та експлуатаційні характеристики. Визначено, що одержані електроди виявляють більшу корозійно стійкість та мають більш високу каталітичну активність, у порівнянні з електродами з покриттям відповідними сплавами: [(Ni-Cu)/(Мi-Mi(OH)₂]n, після катодної обробки, і [(Ni-Zn-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂)]n, після хімічної і електрохімічної обробки – в реакції виділення водню у лужному розчині; [(Ni-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂-MіOOH)]n після циклування в області потенціалів зворотного переходу гідроксиду в оксогідроксид, – в реакціях окислення спиртів і глюкози; покриття [(Sn-Sb)/(М-MₓОᵧ)]n, після дегідратації і анодного окислення, – в реакції окислення фенолу. За результатами скануючої електронної мікроскопії ідентифікував ієрархічно розвинену поверхню електродів, що складається з дендритів, покритих конгломератами глобулярної форми. Встановлено, що покриття [(Ni-Zn-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂)]n з меншим вмістом фази цинку і γ-фази, після обробки у розчину лугу, мають менший коефіцієнт розвинення, однак більший струм обміну реакції виділення водню (1,81 мА/см² проти 1,28 мА/см²), нижчий омічний опір та більш механічно міцну ієрархічно розвинену поверхню. Встановлено, що електрод з покриттям [(Ni-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂-MіOOH)]n з мікророзмірними шарами, у порівнянні з електродом з покриттям з нанорозмірними шарами, має більшу гетерогенну константу швидкості (0,53 порівняно з 0,36 с⁻¹) і кращі експлуатаційні властивості, за рахунок створення міцного мікрокаркасу зі сплаву при наноструктурованої поверхні. Виявлено сенсорні властивості електроду з покриттям [(Ni-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂-MіOОH)]n: надчутливість при концентрації глюкози до 50 мкмоль/дм³ 13986 ± 9 мкА (ммоль/дм³)⁻¹ см⁻², чутливість в діапазоні від 0,05 ммоль/дм³ до 1,65 ммоль/дм³ 2921 ± 1 мкА (ммоль/дм³)⁻¹ см⁻², до 6,3 ммоль/дм³ (при +0,6 В) – 1667 ± 4 мкА (ммоль/дм³)⁻¹ см⁻². Розроблено технологічні параметри електрохімічних процесів ресурсозберігаючого формування мікро- і наноструктурованих захисних покриттів [(Cu-Zn)баз/(Cu-Zn)дод], [(Cu-Sn)баз/(Cu-Sn)дод]n і [(Zn-Ni)баз/(Zn-Ni)дод]n, та неплатинових каталітично активних електродних матеріалів [(Ni-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂]n, [(Ni-Zn-Cu)/(Мі-Mі(OH)₂)], [(Ni-Cu)/(Мi-Mi(OH)₂-MiOOH)]n і [(Sn-Sb)/(Мі-MₓОᵧ)]; додаткового шару сплаву Zn-Ni у електролізерах з низько концентрованими електролітами для захисту цинкового покриття від корозії. Враховано суміщення функцій електроосадження додаткових шарів сплавів, анодної обробки та електроекстракції металів, що дозволяє економити виробничі площі, метали, воду і електроенергію. Високі механічні і антикорозійні властивості покриттів з ШРФС підтверджені актами випробувань на Харківському машинобудівному заводі "ФЕД", НВП "Екополімер", Харківському аероклубі ім. В. С. Гризодубової Товариства сприяння обороні України. Технологічні процеси електроосадження захисних і каталітично активних покриттів випробувані на дослідних партіях і рекомендовані до впровадження ДНВП "Об’єднання Комунар" і ДП Завод імені В. О. Малишева.
Thesis for the Doctor’s of Science degree in Technical Sciences by speciality 05.17.03 – Technical Electrochemistry (16 – Chemical and Bioengineering). – National Technical University “Kharkiv Polytechnical Institute”, 2020. The object of study is electrochemical processes of formation of coatings consisting of micro- and nanosized Cu, Sn, Ni, Zn-containing layers of controlled phase composition. The subject of the study is the kinetic regularities of the processes of formation of Cu, Sn, Ni, Zn-containing layers of coatings of controlled phase composition in polyligand electrolytes and their physical-mechanical, anticorrosive and catalytic properties. The thesis is devoted to the development of theoretical principles of increasing the functional properties of surface materials by alternating electrodeposition of nano and micro-sized layers of Cu, Sn, Ni, Zn-containing alloys. The main principle is the priority of use of polyligand electrolytes with the creation of conditions for the deposition of layers of different phase composition (LDPC) in order to influence the micro- and macro structure of sediments and improve the barrier anticorrosive and mechanical properties of coatings by periodically changing nucleation conditions and creation of intermetallics-enriched interlayer boundaries. Based on the determination of kinetic regularities of electrode processes in the М-P₂O₇⁴⁻-Cit³⁻, М-P₂O₇⁴⁻-Y⁴⁻, M-NH₃-Gly systems, the advantage of using polyligand electrolytes for monolithic electrolyte coatings for LDPC coatings has been proved due to possibility of depositing thin layers of different phase composition from one electrolyte, the instantaneous mechanism of nucleation with the formation of thin continuous films by layer-by-layer deposition of alloys, expanding the range of allowable current densities of dissolution of metals in the combined anodes in terms of periodic changes in current density in a wide range of values. It is determined that the compatible discharge of ions of all metals in the studied polyligand electrolytes is accompanied by concentration complications with the presence of adsorption phenomena at low current density of alloy film deposition and influence of kinetic constraints associated with the chemical stage of complex dissociation are observed at high current density. Based on the analysis of model polarization dependences obtained by nonlinear potential change according to experimentally obtained data, a new method of quantitative determination of contact exchange parameters in electrolytes is proposed. The clear correspondence of these dependences to the experimentally determined change in the potential of the total process with a discreteness of up to 1 mV and 0.05 s, taking into account its direction and speed change, allows to increase the accuracy of determining the parameters of conjugate processes. The algorithm for quantitative determination of the elemental and phase composition of Zn-Ni alloy films on the basis of the proposed mechanism of anodic dissolution of thin layers of Zn-Ni alloy under conditions of stripping voltammetry is substantiated. In the process of anodic treatment of thin layers of Zn-Ni alloy in alkaline ammonia-glycinate solution, sequential dissolution of zinc phase, zinc from δ- and γ-phase of alloy of different structure, accompanied by nickel-enriched residue and matrix nickel dissolution. The relationship between the content of intermetallic compounds and the initial structure of the γ-phase with the composition of the nickel-enriched residue on the electrode is determined, which allows increase the accuracy of quantitative determination of the composition of the layers. The sequential oxidation peaks of the phases present in Cu-Zn, Cu-Sn and Zn-Ni alloys deposited from the investigated electrolytes during voltammetric dissolution of the alloy films were identified and confirmed by XRD. The dependences of the chemical and phase composition of the alloy layers on the electrolyte composition and the electrolysis regime using the method of stripping voltammetry are established. The design of the architecture of coatings with layers of different phase composition was performed on the basis of analysis of changes in the phase composition of alloy layers in thickness, the effect of alternating deposition of alloy layers on the coating composition of LDPC, certain variants of phase composition of belayer. The constituent layers consist of the following phases: (Cu-Zn)base - mainly α-phase, (Cu-Zn)add – (α, β-, ε- and γ-phases, and Zn); (Cu-Sn)base – in addition to α-phase contains ε- and η-phases, do not contain Sn-phase, (Cu-Sn)add - in addition to α-phase contain Sn-phase and η-phase, and ε-phase is absent; (Zn-Ni)base contain the Zn phase, δ- and γ-phases, (Zn-Ni)add - additionally contain X-ray amorphous β-phase and Ni-phase. Analysis of XRD coatings with layers of different phase composition showed the presence of a significant amount of intermetallics in the composition of coatings with the size of the regions of coherent scattering for the main phases 9-10 nm. The SEM method shows that the developed coatings have a uniform and fine-crystalline surface structure with dense packing of grains and in the absence of pores. The relationship between the nature of the influence of the electrolyte composition, electrolysis regime and architecture of coatings [(M₁-M₂)base/(M₁-M₂)add]n and their microhardness and corrosion resistance is determined. It is proved that the indicators of corrosion resistance and microhardness of the developed coatings exceed the indicators of single-layer coatings by base alloys, which are deposited in the same electrolytes. The microhardness is extremely dependent on the coating architecture. The maximum microhardness of the developed coatings is 397-428 HV for [(Cu-Zn)base/(Cu-Zn)add]n, 476-511 HV for [(Cu-Sn)base/(Cu-Sn)add]n, and 700-864 HV for [(Zn-Ni)base/(Zn-Ni)add]n at a bilayer thickness of 20-125 nm. It was found that the cathodic vs. steel LDPC coating, consisting of Cu-Zn and Cu-Sn alloys are non-porous at a thickness of 0.63 μm and 2.3 μm, respectively. In conditions of prolonged exposure in a solution of 3.5% NaCl anode coatings [(Zn-Ni)base/(Zn-Ni)add]n retain protective properties on steel 1.5-2.6 times longer compared to single-layer coatings. The influence of electrolyte composition, potential and deposition time sublayers deposition [(M₁-M₂-(M₃))/(Mi-Mj(OH)₂)]n (i = 1-3) coatings on the parameters of their catalytic activity in test hydrogen evolution reactions and oxidation of organic substances and performance characteristics are was established. It was determined that the obtained electrodes show greater corrosion resistance and have a higher catalytic activity, compared with electrodes coated with the corresponding alloys: [(Ni-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂]n after cathodic treatment, and [(Ni-Zn-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂)]n, after chemical and electrochemical treatment – in hydrogen evolution reaction in alkaline solution; [(Ni-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂-MiOOH)]n after cycling in the region of potentials for the reverse transition of hydroxide to oxyhydroxide – in the oxidation reactions of alcohols and glucose, coating [(Sn-Sb)/(M-MₓОᵧ)]n, after dehydration and anodic oxidation – in the oxidation reaction of phenol. According to the results of scanning electron microscopy, the hierarchically developed surface of the electrodes, consisting of dendrites covered with conglomerates of globular shape was identified. It was found that the [(Ni-Zn-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂)]n coating with a lower content of zinc phase and γ-phase, after treatment in an alkali solution, have a lower development coefficient, but a higher current density in hydrogen evolution reaction (1.81 mA/cm² vs. 1.28 mA/cm²), lower ohmic resistance and more mechanically strong hierarchically developed surface. It was found that the electrode coated with [Ni(Cu)/(Mi-Mi(OH)₂-MiOOH)]n with micro-dimensional layers, in comparison with the electrode coated with nanoscale layers, has a higher heterogeneous velocity constant (0.53 compared with 0.36 s⁻¹) and the best operational properties, due to creation of a strong microshell of alloy at a nanostructured surface. Sensory properties of the electrode coated with [(Ni-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂-MiOOH)]n are detected: hypersensitivity at a glucose concentration up to 50 μmol/dm³ 13986±9 μA(mmol/dm³)⁻¹ cm⁻², sensitivity in the range from 0.05 mmol/dm³ to 1.65 mmol/dm³ 2921±1 μA (mmol/dm³)⁻¹ cm⁻², up to 6,3 mmol/dm³ (at +0.6 V) – 1667±4 μA (mmol/dm³)⁻¹ cm⁻². Technological parameters of electrochemical processes of resource-saving formation of micro- and nanostructured protective coatings of [(Cu-Zn)base/(Cu-Zn)add], [(Cu-Sn)base/(Cu-Sn)add]n and [(Zn-Ni)base/(Zn-Ni)add]n, and non-platinum catalytically active electrode materials [(Ni-Cu)/[Mi-Mi(OH)₂]n, [(Ni-Zn-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂)], [(Ni-Cu)/(Mi-Mi(OH)₂)MiOOH)]n and [(Sn-Sb)/(Mi-MₓОᵧ)]; additional layer of Zn-Ni alloy in electrolyzers with low concentrated electrolytes to protect the zinc coating from corrosion. The combination of functions of electrodeposition of additional layers of alloys, anode processing and electroextraction of metals is taken into account, which allows saving production areas, metals, water and electricity. High mechanical and anticorrosive properties of coatings with LDPC were confirmed by LSC "FED", SPE "Ecopolymer", Kharkiv Aero Club named by V. S. Grizodubova APO OPD Ukraine. Technological processes of electrodeposition of protective and catalytic act coatings were tested and recommended for the implementation at SScPE "Kommunar Corporation" and SE "Malyshev Plant".

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020 р. Дисертацію присвячено розробці теоретичних основ технологій електрохімічного формування захисних і функціональних покрить з почерговим осадженням мікро- і нанорозмірних шарів сплавів різного складу на підставі експериментально доведеної вірності гіпотези про можливість керування властивостями покриттів осадженням шарів сплавів різного фазового складу (ШРФС) з полілігандних електролітів за рахунок використання шарів базового складу, які відповідають повному набору вимог до якості відповідних одношарових покриттів, і додаткових шарів сплавів іншого фазового складу з посиленою заданою характеристикою. На підставі визначення кінетичних закономірностій електродних процесів у системах М-P₂O₇⁴⁻-Cit³⁻, М-P₂O₇⁴⁻-Y⁴⁻, M-NH₃-Gly показано перевагу використання полілігандних електролітів у порівнянні з монолігандними і виявлено залежності хімічного і фазового складу плівок сплавів від співвідношення концентрацій іонів металів та режиму електролізу. Розроблено нові методики кількісного визначення швидкості спряжених реакції з використанням модельних поляризаційних залежностей, що отримані методом нелінійної поляризації за експериментальними даними зміни стаціонарного потенціалу металевої поверхні, а також кількісного визначення хімічного і фазового складу багатофазних плівок сплаву Zn-Ni. Доведено, що показники корозійної стійкості і мікротвердості захисних покриттів з ШРФС перевищують показники одношарових покриттів базовими сплавами, які осаджують у тих же електролітах, що найбільше виявляється в умовах тривалої експлуатації. Доведено, що в порівнянні з покриттям сплаву, покриття [(Cu-Ni)/(M-M(OH)₂)]n має підвищені характеристики в реакції виділення водню. Показано високу каталітичну активність в реакції виділення водню електроду з покриттям [(Ni-(Zn)-Cu)/(М-M(OH)₂)], що додатково хімічно і електрохімічно оброблений у розчині лугу. Доведено підвищену експлуатаційну стійкість і каталітичну активність поверхневих матеріалів електродних матеріалів з покриттями (Nі-Cu/(М-M(OH)₂-MOOH) і (Sn-Sb)/(М-MₓОᵧ) у тестових реакціях окислення метанолу, етанолу, глюкози, фенолу у порівнянні з одношаровими. Запропоновано нові способи електроосадження захисних покриттів [(Cu-Zn)баз/(Cu-Zn)дод]n, [(Cu-Sn)баз/(Cu-Sn)дод]n, [(Zn- Ni)баз/(Zn-Ni)дод]n і каталітично активних покриттів [(Ni-(Zn)-Cu)/(М-M(OH)2)]n, [(Ni-Cu)/(М-M(OH)₂-МООН] і [(Sn-Sb)/(М-MₓОᵧ)]n з підвищеними, в порівнянні з існуючими аналогічними матеріалами, характеристиками. Технологічні процеси електроосадження покриттів ШСРФ випробувані на дослідних партіях і рекомендовані до впровадження.
Thesis for granting the Degree of Doctor of Technical sciences in speciality 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University “Kharkiv Polytechnical Institute”, 2020. The dissertation is devoted to the development of theoretical bases of technologies of electrochemical formation of protective and functional coatings with alternate deposition of micro- and nanoscale layers of alloys of different composition on the basis of experimentally proved fidelity of the hypothesis about possibility of control of properties of coatings by deposition of layers of alloys of different phase composition (LDPC) that meet the full set of quality requirements for the corresponding single-layer coatings, and additional layers of alloys of another phase composition with enhanced specified characteristics. Based on the determination of kinetic laws of electrode processes in the systems М-P₂O₇⁴⁻-Cit³⁻, М-P₂O₇⁴⁻-Y⁴⁻, M-NH₃-Gly, the advantage of using polyligand electrolytes in comparison with monoligand ones is shown and the dependences of chemical and phase composition of alloy films on the concentration ratio of metal ions and electrolysis mode are revealed. It is shown that the minimum thickness of the constituent films of alloys is limited by the need to ensure their continuity in the case of compact functional coatings, and the need to ensure mechanical stability in the case of hierarchically developed electrode materials. The optimal thickness of the layers is determined by the nature of changes in the chemical and phase composition of the films of alloys with thickness. Electrolytes for coating deposition should provide: separation of ranges of deposition potentials of different elemental and phase composition> 100 mV; the absence of dissolution of the electronegative layers, or the dissolution of the unwanted electronegative phase of them, in the process of deposition of more positive layers; anodic dissolution in the semi-passive state of a more negative metal and active dissolution of a more positive metal under conditions of periodic changes in current density in its wide range. A new method for determining the parameters of contact exchange has been developed, which is based on the analysis of model polarization dependences obtained by nonlinear potential change according to experimentally obtained data on the change of stationary potential of electronegative surface taking into account its direction and velocity change which allows you to more accurately control the process of interaction of the electrode surface with the electrolyte in the absence of current. The algorithm for quantitative determination of the elemental and phase composition of Zn-Ni alloy films with the use of stripping voltammetry in an alkaline ammonia-glycinate electrolyte is proposed. The mechanism of anodic dissolution of thin films of Zn-Ni alloy in alkaline ammonia-glycine solution is proposed, which consists in sequential dissolution of free zinc, zinc from δ- and γ-phases of alloy of different structure, then Ni-enriched residue and matrix Ni. The relationship between the content of intermetallics and the composition of the Ni -enriched residue on the electrode is shown, which allows to increase the accuracy of quantitative determination of the film composition. It is proved that the indicators of corrosion resistance and microhardness of coatings with LDPC exceed the properties of single layer coatings of base alloys deposited in the same electrolytes, which is most evident in the conditions of long-term operation. It is proved that in comparison with the alloy coating, the [[Cu-Ni)/(M-M(OH)₂)]n coating has improved characteristics in the hydrogen evolution reaction. High catalytic activity in the reaction of hydrogen evolution of an electrode coated with [(Ni-(Zn)-Cu)/(М-M(OH)₂)]n followed by chemical and electrochemical treatment in an alkali solution is shown. The increased stability and catalytic activity of electrode materials with (Nі-Cu)/(M-M(OH)₂-MOOH) and (Sn-Sb)/(MₓОᵧ) coatings in test reactions of organic substances (methanol, ethanol, glucose, phenol) oxidation in comparison with single-layer are proven. New methods of electrodeposition of LDPC protective [(Cu-Zn)баз/(Cu-Zn)дод]n, [(Cu-Sn)баз/(Cu-Sn)дод]n, [(Zn-Ni)баз/(Zn-Ni)дод]n coatings and catalytically active [(Ni-(Zn)-Cu)/(М-M(OH)₂)]n, [(Nі-Cu)/(М-M(OH)₂-МООН] and [(Sn-Sb)/(М-MₓОᵧ)]n coatings with improved characteristics in comparison with existing similar materials are proposed. Technological processes of electrodeposition of LDPC coatings are tested on experimental batches and recommended for implementation.

Калугін Є. С. Формування структурного стану жароміцної сталі 11Х13Н16МБ в процесі деформаційно-термічної обробки : кваліфікаційна робота магістра спеціальності 105 «Прикладна фізика та наноматеріали» / наук. керівник В. Г. Міщенко. Запоріжжя : ЗНУ, 2020. 65 с.
UA : В роботі 65 сторінок, всього 4 таблиці та 15 рисунків, було використано 36 літературних джерел, із них 4 іноземною мовою. Об'єкт дослідження - процеси структуроутворення та формування підвищених фізико-механічних властивостей сталі 11Х13Н16МБ при низько термомеханічній обробці та деформації. Мета роботи - підвищення механічних та експлуатаційних властивостей, границь міцності і плинності для валів газотурбінних двигунів (ГТД), за рахунок деформаційно-термічного зміцнення. Для вирішення такої складної науково-технічної задачі було розроблено систему багатокомпонентного легування корозійностійкої аустнітної сталі, яка сприятиме утворенню термостабільної карбідної фази і забезпечить можливість блокування границь зерен у процесі температурної дії. Методи дослідження - аналітичний, металографічний, дюрометричний. Проведені дослідження металографії, макротвердості за методом Роквелла, також мікротвердості за методом Віккерса.
EN : In the work 65 pages, a total of 4 tables and 15 figures, was used 36 literary sources, of which 4 are in a foreign language. The object of research is the processes of structuring and formation of increased physical and mechanical properties of steel 11X13H16MБ at low thermomechanical processing and deformation. The aim of the work is to increase mechanical and operational properties, strength and yield strength for gas turbine engine (GTE) shafts. To solve such a complex scientific and technical problem, a system of multicomponent alloying of corrosion-resistant austenitic steel was developed, which will contribute to the formation of a thermally stable carbide phase and will provide the possibility of blocking grain boundaries in the process of temperature exposure. The method of research is analytical, metallographic, durometric. Studies of metallography, microhardness by the Rockwell method, and also microhardness for the method of Vickers has been carried out.

В основі лвзерних технологій лежать процеси плавлення та випаровування твердого тіла лазерним випромінюванням. Будь-яка термічна обробка полягає у нагріванні сплавів при різних температурах та охолодженні їх з різними швидкостями. При цьому змінюються фазовий стан і структура сплавів і водночас у широких межах змінюються їх фізичні та механічні властивості.