Дисертації з теми "Покриття сплавами"

Подовження термінів експлуатації деталей машин та механізмів за рахунок використання нових конструкційних матеріалів та раціональних технологій ремонту є одним з основних напрямків збереження металофонду. Доцільність застосування таких технологій обґрунтовується показниками якості та економічності процесу.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2017 р. Дисертацію присвячено розробці технології гальванохімічного синтезу покриттів тернарними сплавами кобальт-молібден-вольфрам з полілігандних електролітів для одержання матеріалів з поліпшеними фізико-механічними властивостями. Визначено константи нестійкості та склад моно- та білігандних комплексів кобальту та запропоновано цитратно-дифосфатну та амонійно-цитратну системи для осадження сплавів кобальту з вольфрамом та молібденом. На підставі аналізу кінетичних закономірностей встановлено механізм осадження сплаву. Із цитратно-дифосфатного електроліту відбувається стадійне відновлення металів з гетероядерних комплексів складу [MO₄Со(P₂O₇)]⁴⁻, де М = Mo, W та Со(Cit)₂⁴⁻, а з амонійно-цитратного електроліту спряжений процес відновлення реалізується за участю комплексів [MO₄Со(Cit)]³⁻. Обґрунтовано вплив складу електролітів та режимів осадження (стаціонарний та імпульсний) на вміст компонентів, морфологію, структуру, функціональні властивості та ефективність процесу. Запропоновано технологічну схему електролітичного формування функціональних покриттів сплавами кобальту з молібденом і вольфрамом та розроблено відповідні технологічні інструкції. Встановлено високу корозійну стійкість покриттів і нададитвне зростання мікротвердості та каталітичної активності порівняно з вихідними компонентами сплаву.
Thesis for the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to development of technologies for galvanic coatings synthesis of the ternary alloys cobalt-molybdenum-tungsten from poly-ligand electrolytes to produce materials with improved physical and mechanical properties. The constant instability and composition of mono- and bi-ligand complexes of cobalt are determined, and both citrate-diphosphate and ammonia-citrate systems suggested for the deposition of cobalt alloys with tungsten and molybdenum. The mechanism of alloy deposition is defined based on kinetic patterns analysis. Metals recovered by stages from hetero-nuclear complexes of composition [MO₄Со(P₂O₇)]⁴⁻ and mononuclear Со(Cit)₂⁴⁻ (where M = Mo, W) when deposited from citrate-diphosphate bath. Conjugate deposition of metals in alloy from ammonia-citrate electrolyte occurred from complexes [MO₄Со(Cit)]³⁻. The effect of electrolytes composition and deposition modes (stationary and pulse) on the components content, morphology, structure and functional properties of alloys as well as process efficiency are substantiated. A technological scheme for functional electrolytic cobalt alloy coatings deposition with molybdenum and tungsten is offered and relevant technological instructions are developed. It was established high corrosion resistance coatings, synergic growth of microhardness and catalytic activity compared with alloying components.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2017 р. Дисертацію присвячено розробці технології гальванохімічного синтезу покриттів тернарними сплавами кобальт-молібден-вольфрам з полілігандних електролітів для одержання матеріалів з поліпшеними фізико-механічними властивостями. Визначено константи нестійкості та склад моно- та білігандних комплексів кобальту та запропоновано цитратно-дифосфатну та амонійно-цитратну системи для осадження сплавів кобальту з вольфрамом та молібденом. На підставі аналізу кінетичних закономірностей встановлено механізм осадження сплаву. Із цитратно-дифосфатного електроліту відбувається стадійне відновлення металів з гетероядерних комплексів складу [MO₄Со(P₂O₇)]⁴⁻, де М = Mo, W та Со(Cit)₂⁴⁻, а з амонійно-цитратного електроліту спряжений процес відновлення реалізується за участю комплексів [MO₄Со(Cit)]³⁻. Обґрунтовано вплив складу електролітів та режимів осадження (стаціонарний та імпульсний) на вміст компонентів, морфологію, структуру, функціональні властивості та ефективність процесу. Запропоновано технологічну схему електролітичного формування функціональних покриттів сплавами кобальту з молібденом і вольфрамом та розроблено відповідні технологічні інструкції. Встановлено високу корозійну стійкість покриттів і нададитвне зростання мікротвердості та каталітичної активності порівняно з вихідними компонентами сплаву.
Thesis for the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to development of technologies for galvanic coatings synthesis of the ternary alloys cobalt-molybdenum-tungsten from poly-ligand electrolytes to produce materials with improved physical and mechanical properties. The constant instability and composition of mono- and bi-ligand complexes of cobalt are determined, and both citrate-diphosphate and ammonia-citrate systems suggested for the deposition of cobalt alloys with tungsten and molybdenum. The mechanism of alloy deposition is defined based on kinetic patterns analysis. Metals recovered by stages from hetero-nuclear complexes of composition [MO₄Со(P₂O₇)]⁴⁻ and mononuclear Со(Cit)₂⁴⁻ (where M = Mo, W) when deposited from citrate-diphosphate bath. Conjugate deposition of metals in alloy from ammonia-citrate electrolyte occurred from complexes [MO₄Со(Cit)]³⁻. The effect of electrolytes composition and deposition modes (stationary and pulse) on the components content, morphology, structure and functional properties of alloys as well as process efficiency are substantiated. A technological scheme for functional electrolytic cobalt alloy coatings deposition with molybdenum and tungsten is offered and relevant technological instructions are developed. It was established high corrosion resistance coatings, synergic growth of microhardness and catalytic activity compared with alloying components.

Визначені корозійна стійкість та механічні властвості електролітичних покриттів сплавами Co-Mo-W, одержаних з полілігандних цитратно-дифосфатних електролітів. Показано, що найбільш доцільним є співвідношення концентрацій сплавотвірних компонентів Со²⁺ / (WO₄²⁻ + MoO₄²⁻) = 1:1, а лігандів Сіt / Piro = 1:2.
Corrosion resistance and mechanical properties of electrolytic coating alloys Co-Mo-W, obtained from polilihand citrate-pyrophosphate electrolytes are determined. It is shown that the advisable concentration ratio of alloying components Со²⁺ / (WO₄²⁻ + MoO₄²⁻) = 1:1, and ligands Cit / Piro = 1:2.

Значну зацікавленість промисловців викликає удосконалення технологій формування оксидних покриттів на сплавах титану, оскільки їх переважна більшість не забезпечує високу адгезію, зносо- і корозійну тривкість у поєднанні з комплексом властивостей, які визначають функціональне призначення виробів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2015 р. Дисертацію присвячено розробці технології електрохімічного формування функціональних покриттів сплавами заліза з молібденом і вольфрамом із цитратних електролітів для одержання матеріалів з високою корозійною стійкістю, фізико-механічними та трибологічними характеристиками. На підставі аналізу кінетичних закономірностей встановлено механізм електрохімічного одержання сплавів Fe-Mo і Fe-Mo-W, за яким співосадження заліза з молібденом і вольфрамом із цитратного електроліту в інтервалі pH 3,0–4,0 відбувається за двома маршрутами: перший – стадійне відновлення металів із гетероядерних комплексів складу [FeHCitMO₄]⁻, (М = Mo, W), розряд яких супроводжується хімічною реакцією вивільнення ліганду, а другий – стадійне відновлення феруму (ІІІ) із цитратних електролітів переважно з адсорбованих комплексів складу [FeHCit]⁺, й частково – з FeOH²⁺, та супроводжується хімічною стадією вивільнення ліганду. Експериментальні дослідження функціональних властивостей електролітичних сплавів довели, що покриття Fe-Mo і Fe-Mo-W володіють підвищеною корозійною стійкістю у кислому середовищі, що зумовлене кислотним характером оксидів тугоплавких компонентів, у нейтральному – опором пітинговій корозії, що загалом перевищує хімічний опір сталі та чавуна. Запропоновані електролітичні сплави переважають за мікротвердістю основу зі сталі у 2–3 рази, а чавуну – у 4–5 рази, причому вміст вольфраму забезпечує зростання механічних та триботехнічних характеристик. Мікротвердість, антифрикційні властивості та зносостійкість електролітичних сплавів Fe-Mo і Fe-Mo-W зростають за рахунок утворення аморфної структури. Запропоновано технологічну схему електрохімічного формування функціональних покриттів сплавами заліза з молібденом і вольфрамом та розроблено технологічні інструкції для процесів їх осадження.
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University “Kharkiv Politechnical Institute”, 2015. The thesis is devoted to the development of technology for iron alloys electrochemical functional coatings with molybdenum and tungsten electrodeposition from citrate electrolyte to produce materials with high corrosion resistance, physical, mechanical and tribological properties. On the basis of kinetic regularities the mechanism of Fe-Mo, Fe-Mo-W alloys’ formation was established as co-precipitation of iron with molybdenum and tungsten in the range pH 3,0–4,0 happening on two routes, one-alloying metals reduction from heteronuclear complexes [FeHCitMO₄]⁻ is accompanied by chemical reaction of ligand releasing, and the second-reduction of iron (III) from the adsorbed complexes [FeHCit]⁺ and in part – from FeOH²⁺ accompanied by the chemical stage of ligand release. Experimental study of the electrolytic alloys functional properties have shown the high corrosion resistance of FeMo and Fe-Mo-W coatings in acidic and neutral media stimulated by acidic nature of refractory oxide components which exceeds the resistance of steel and cast iron. Proposed electrolytic alloys dominated by microhardness steel substrates in 2–3 times, and cast iron – in 4–5 times, the increasing tungsten content provides increasing in physical, mechanical and tribological properties of electrolytic alloys due to the formation of amorphous structure. A technological scheme for electrochemical synthesis of iron alloys functional coatings with molybdenum and tungsten was designed and technological instructions were prepared for implementation.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 ‒ технічна електрохімія. ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертацію присвячено розробці наукових основ електрохімічних технологій покриттів тернарними сплавами заліза та кобальту з молібденом і вольфрамом підвищеної функціональності. Експериментально доведено гіпотезу що-до конкурентного відновлення металів тріади заліза з тугоплавкими компонентами, обумовленого взаємним впливом термодинамічних, кристалохімічних характеристик сплавотвірних металів і кінетичних параметрів катодного процесу. Встановлено кінетичні закономірності співвідновлення в системах Fe³⁺ ‒ MoO₄²⁻ ‒ WO₄²⁻ ‒ Cit³⁻, Fe³⁺ ‒ Со²+ ‒ WO₄²⁻ (MoO₄²⁻) ‒ Cit³⁻ і обґрунтовано механізм осадження тернарних сплавів Fe-Mo-W, Fe-Co-W(Mo). Визначено вплив складу електролітів і режимів електролізу на елементний, фазовий склад і морфологію поверхні одержаних покриттів. Доведено можливість керування складом та морфологією багатокомпонентних покриттів на основі заліза і кобальту варіюванням складу електроліту (співвідношення концентрацій компонентів, співвідношення ліганду і комплексотвірників) і застосуванням гальваностатичного та імпульсного режимів електролізу з варіюванням густини струму 2,5 ‒ 6,5 А/дм², тривалості імпульсу / паузи 5 ‒ 10 / 5 ‒ 20 мс. Розроблено електроліти та режими осадження, що забезпечують осадження покриттів Fe-Co-W з вмістом Со 32 ‒ 47 ат. %, W 5 ‒ 13 ат. %, покриттів Fe-Mo-W з вмістом вольфраму 5 ‒ 11 ат. %, молібдену 26 ‒ 32 ат. % і покриттів Fe-Сo-Мо з діапазоном вмісту Сo 26 ‒ 48 ат. % і Мо 15 ‒ 31 ат. % та виходом за струмом до 58 – 82 %. Розроблено варіативні схеми електрохімічних процесів осадження покриттів сплавами Fe-Mo-W, Fe-Co-W(Mo) залежно від їх практичного застосування. За результатами експериментальних досліджень і тестувань функціональних властивостей покриттів в модельних середовищах і технологічних умовах визначено перспективні напрямки застосування одержаних матеріалів.
Dissertation for the Degree of the Doctor of Engineering Sciences in the Specialty of 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University "Kharkіv Polytechnic Institute", Kharkіv, 2018. This doctoral thesis is devoted to the development of scientific basics for electrochemical technologies used for the application of coatings consisting of ternary iron and cobalt alloys combined with molybdenum and tungsten of improved functionality. The hypothesis as for the competitive reduction of iron ternary metals with refractory components preconditioned by the mutual interaction of thermal-&-dynamic and crystal-&-chemical characteristics of the alloy-forming metals and the kinetic parameters of cathode process and it was proved experimentally. The kinetic regularities of the co-reduction in Fe³⁺ ‒ MoO₄²⁻ ‒ WO₄²⁻ ‒ Cit³⁻, Fe³⁺ ‒ Со²+ ‒ WO₄²⁻ (MoO₄²⁻) ‒ Cit³⁻ systems have been defined and the mechanism of deposition of ternary Fe-Mo-W, Fe-Co-W (Mo) alloys has been substantiated. The influence of composition of electrolytes and modes of electrolysis on elemental, phase composition and surface morphology of the obtained coatings has been deter-mined. The possibility of controlling the composition and morphology of multicomponent coatings on the basis of iron and cobalt by varying the composition of the electrolyte (the ratio of component concentrations, the ratio of ligand and complexing agent), and by used of galvanostatic and pulsed electrolysis regimes with a ranging of current density 2.5 ‒ 6.5 A/dm², and durations pulse/pause 5 ‒ 10 / 5 ‒ 20 ms, has been proved. The electrolytes and the deposition modes were developed that provide the deposition of Fe-Co-W coatings with the Co content of 32 to 47 аt. %, and W of 5 to 13 аt. %, and Fe-Mo-W coatings with the tungsten content of 5 to 11 at. %, and the molybdenum contents of 26 to 32 at. %, and the Fe-Сo-Мо coatings with the Co content ranging from 26 to 48 at. %, and Mo content ranging from 15 to 31 at. %, and the current efficiency ranging from 58 to 82 %. The variation schemes of electrochemical processes were suggested and these allow for the deposition of Fe-Mo-W and Fe-Co-W(Мо) coatings depending on their practical application. The perspective directions of the application of the obtained materials according to the results of experimental researches and tests of functional properties in model environments and technological conditions are determined.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 ‒ технічна електрохімія. ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертацію присвячено розробці наукових основ електрохімічних технологій покриттів тернарними сплавами заліза та кобальту з молібденом і вольфрамом підвищеної функціональності. Експериментально доведено гіпотезу що-до конкурентного відновлення металів тріади заліза з тугоплавкими компонентами, обумовленого взаємним впливом термодинамічних, кристалохімічних характеристик сплавотвірних металів і кінетичних параметрів катодного процесу. Встановлено кінетичні закономірності співвідновлення в системах Fe³⁺ ‒ MoO₄²⁻ ‒ WO₄²⁻ ‒ Cit³⁻, Fe³⁺ ‒ Со²+ ‒ WO₄²⁻ (MoO₄²⁻) ‒ Cit³⁻ і обґрунтовано механізм осадження тернарних сплавів Fe-Mo-W, Fe-Co-W(Mo). Визначено вплив складу електролітів і режимів електролізу на елементний, фазовий склад і морфологію поверхні одержаних покриттів. Доведено можливість керування складом та морфологією багатокомпонентних покриттів на основі заліза і кобальту варіюванням складу електроліту (співвідношення концентрацій компонентів, співвідношення ліганду і комплексотвірників) і застосуванням гальваностатичного та імпульсного режимів електролізу з варіюванням густини струму 2,5 ‒ 6,5 А/дм², тривалості імпульсу / паузи 5 ‒ 10 / 5 ‒ 20 мс. Розроблено електроліти та режими осадження, що забезпечують осадження покриттів Fe-Co-W з вмістом Со 32 ‒ 47 ат. %, W 5 ‒ 13 ат. %, покриттів Fe-Mo-W з вмістом вольфраму 5 ‒ 11 ат. %, молібдену 26 ‒ 32 ат. % і покриттів Fe-Сo-Мо з діапазоном вмісту Сo 26 ‒ 48 ат. % і Мо 15 ‒ 31 ат. % та виходом за струмом до 58 – 82 %. Розроблено варіативні схеми електрохімічних процесів осадження покриттів сплавами Fe-Mo-W, Fe-Co-W(Mo) залежно від їх практичного застосування. За результатами експериментальних досліджень і тестувань функціональних властивостей покриттів в модельних середовищах і технологічних умовах визначено перспективні напрямки застосування одержаних матеріалів.
Dissertation for the Degree of the Doctor of Engineering Sciences in the Specialty of 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University "Kharkіv Polytechnic Institute", Kharkіv, 2018. This doctoral thesis is devoted to the development of scientific basics for electrochemical technologies used for the application of coatings consisting of ternary iron and cobalt alloys combined with molybdenum and tungsten of improved functionality. The hypothesis as for the competitive reduction of iron ternary metals with refractory components preconditioned by the mutual interaction of thermal-&-dynamic and crystal-&-chemical characteristics of the alloy-forming metals and the kinetic parameters of cathode process and it was proved experimentally. The kinetic regularities of the co-reduction in Fe³⁺ ‒ MoO₄²⁻ ‒ WO₄²⁻ ‒ Cit³⁻, Fe³⁺ ‒ Со²+ ‒ WO₄²⁻ (MoO₄²⁻) ‒ Cit³⁻ systems have been defined and the mechanism of deposition of ternary Fe-Mo-W, Fe-Co-W (Mo) alloys has been substantiated. The influence of composition of electrolytes and modes of electrolysis on elemental, phase composition and surface morphology of the obtained coatings has been deter-mined. The possibility of controlling the composition and morphology of multicomponent coatings on the basis of iron and cobalt by varying the composition of the electrolyte (the ratio of component concentrations, the ratio of ligand and complexing agent), and by used of galvanostatic and pulsed electrolysis regimes with a ranging of current density 2.5 ‒ 6.5 A/dm², and durations pulse/pause 5 ‒ 10 / 5 ‒ 20 ms, has been proved. The electrolytes and the deposition modes were developed that provide the deposition of Fe-Co-W coatings with the Co content of 32 to 47 аt. %, and W of 5 to 13 аt. %, and Fe-Mo-W coatings with the tungsten content of 5 to 11 at. %, and the molybdenum contents of 26 to 32 at. %, and the Fe-Сo-Мо coatings with the Co content ranging from 26 to 48 at. %, and Mo content ranging from 15 to 31 at. %, and the current efficiency ranging from 58 to 82 %. The variation schemes of electrochemical processes were suggested and these allow for the deposition of Fe-Mo-W and Fe-Co-W(Мо) coatings depending on their practical application. The perspective directions of the application of the obtained materials according to the results of experimental researches and tests of functional properties in model environments and technological conditions are determined.

Композиційні сплави на основі кобальту та молібдену використовують в машинобудуванні і приладобудуванні для виготовлення різних конструкційних деталей, від яких потрібне поєднання високих механічних і магнітних властивостей. Їх застосовують в електронній промисловості, автомобільній техніці, морських та авіаційно-космічних приладах.

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертаційну роботу присвячено розробці складів склокристалічних покриттів по сплавах титану на основі кальційфосфатосилікатної скломатриці для стоматологічного ендопротезування та вибору технологічних параметрів їх одержання. Сформульовано комплекс вимог до фізико-хімічних, технологічних і експлуатаційних властивостей біоактивних склокристалічних покриттів по сплавах титану для дентального ендопротезування та обрано оптимальні технології їх нанесення, а саме для суцільноциліндричних імплантатів – шлікерну, а для гвинтових – електрофоретичну технології нанесення. Розроблено систему критеріїв до скломатриці та обґрунтовано вибір склокристалічного типу покриття по титану на основі системи Na2O–K2O–Li2О–CaO–ZnO–CaF2–Al2O3–B2O3–P2O5–SiO2 для одночасного забезпечення формування зміцненої хімічно-активної тонкокристалічної структури покриття в умовах низькотемпературної (780 °С) короткотривалої (1,0 ÷ 1,5 хв) термічної обробки. Встановлено механізм структуро- та фазоутворення в модельних стеклах і склокристалічних покриттях на їх основі. Досліджено особливості структурної перебудови поверхні покриття в процесі формування міцного апатитоподібного шару в умовах in vitro. Визначені оптимальні технологічні параметри одержання біоактивних склокристалічних покриттів по титану за шлікерною (H = 6,64ГПа, K1C = 2,8МПа·м1/2, Ra = 3,52 мкм, σадг = 15 МПа) та електрофоретичною (H = 6,72 ГПа, K1C = 3,0 МПа·м1/2, Ra = 2,86 мкм, σадг = 17 МПа) технологіями нанесення. Практично підтверджена можливість використання розроблених біоактивних склокристалічних покриттів по титану як елементів імплантатів для стоматологічного ендопротезування зі скороченим терміном зрощування близько одного місяця.
Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development of glass-ceramic coating compositions for titanium alloys based on the system Na2O–K2O–Li2О–CaO–ZnO–CaF2–Al2O3–B2O3–P2O5–SiO2 for dental prosthetics and the choice of technological parameters for their preparation. A set of requirements for the physicochemical, technological and operational properties of bioactive glass-ceramic coatings on titanium alloys for dental endoprosthetics is formulated and optimal methods of their application are chosen, in particular for whole-cylindrical implants – slip, and for screw – electrophoretic technology. A system of criteria for glass matrices has been developed and a choice of a glass-ceramic type of a titanium coating based on calcium phosphosilicate glass matrices for the simultaneous provision of a reinforced chemically active fine-grain crystalline coating structure under conditions of a low-temperature (780 °С) short-term (1,0 ÷ 1,5 min) heat treatment is substantiated. The mechanism of structure and phase formation in model glasses and glass-ceramic coatings, based on them, and the structural rearrangement of the coating surface during the formation of a strong apatite-like layer under in vitro conditions during the first month are established. Optimum technological parameters of obtaining bioactive glass-ceramic coatings for titanium by slip were determined (H = 6.64 GPa, K1C = 2.8 MPa·m1/2, Ra = 3.52 μm, σadg = 15 MPa) and electrophoretic (H = 6, 72 GPa, K1C = 3.0 MPa·m1/2, Ra = 2.86 μm, σadg = 17 MPa) with microbiological testing techniques. Practically confirmed the possibility of using the developed bioactive glass-ceramic coatings on titanium as a member of implants for dental endoprosthetics with a shortened period of fusion of about one month.

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертаційну роботу присвячено розробці складів склокристалічних покриттів по сплавах титану на основі кальційфосфатосилікатної скломатриці для стоматологічного ендопротезування та вибору технологічних параметрів їх одержання. Сформульовано комплекс вимог до фізико-хімічних, технологічних і експлуатаційних властивостей біоактивних склокристалічних покриттів по сплавах титану для дентального ендопротезування та обрано оптимальні технології їх нанесення, а саме для суцільноциліндричних імплантатів – шлікерну, а для гвинтових – електрофоретичну технології нанесення. Розроблено систему критеріїв до скломатриці та обґрунтовано вибір склокристалічного типу покриття по титану на основі системи Na2O–K2O–Li2О–CaO–ZnO–CaF2–Al2O3–B2O3–P2O5–SiO2 для одночасного забезпечення формування зміцненої хімічно-активної тонкокристалічної структури покриття в умовах низькотемпературної (780 °С) короткотривалої (1,0 ÷ 1,5 хв) термічної обробки. Встановлено механізм структуро- та фазоутворення в модельних стеклах і склокристалічних покриттях на їх основі. Досліджено особливості структурної перебудови поверхні покриття в процесі формування міцного апатитоподібного шару в умовах in vitro. Визначені оптимальні технологічні параметри одержання біоактивних склокристалічних покриттів по титану за шлікерною (H = 6,64ГПа, K1C = 2,8МПа·м1/2, Ra = 3,52 мкм, σадг = 15 МПа) та електрофоретичною (H = 6,72 ГПа, K1C = 3,0 МПа·м1/2, Ra = 2,86 мкм, σадг = 17 МПа) технологіями нанесення. Практично підтверджена можливість використання розроблених біоактивних склокристалічних покриттів по титану як елементів імплантатів для стоматологічного ендопротезування зі скороченим терміном зрощування близько одного місяця.
Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development of glass-ceramic coating compositions for titanium alloys based on the system Na2O–K2O–Li2О–CaO–ZnO–CaF2–Al2O3–B2O3–P2O5–SiO2 for dental prosthetics and the choice of technological parameters for their preparation. A set of requirements for the physicochemical, technological and operational properties of bioactive glass-ceramic coatings on titanium alloys for dental endoprosthetics is formulated and optimal methods of their application are chosen, in particular for whole-cylindrical implants – slip, and for screw – electrophoretic technology. A system of criteria for glass matrices has been developed and a choice of a glass-ceramic type of a titanium coating based on calcium phosphosilicate glass matrices for the simultaneous provision of a reinforced chemically active fine-grain crystalline coating structure under conditions of a low-temperature (780 °С) short-term (1,0 ÷ 1,5 min) heat treatment is substantiated. The mechanism of structure and phase formation in model glasses and glass-ceramic coatings, based on them, and the structural rearrangement of the coating surface during the formation of a strong apatite-like layer under in vitro conditions during the first month are established. Optimum technological parameters of obtaining bioactive glass-ceramic coatings for titanium by slip were determined (H = 6.64 GPa, K1C = 2.8 MPa·m1/2, Ra = 3.52 μm, σadg = 15 MPa) and electrophoretic (H = 6, 72 GPa, K1C = 3.0 MPa·m1/2, Ra = 2.86 μm, σadg = 17 MPa) with microbiological testing techniques. Practically confirmed the possibility of using the developed bioactive glass-ceramic coatings on titanium as a member of implants for dental endoprosthetics with a shortened period of fusion of about one month.

Об’єкт дослідження – боридні покриття на основі високоентропійних сплавів та фізико-хімічні процеси, що обумовлюють формування та зміну фазового складу, структури і функціональних властивостей покриттів.

У роботі проведені дослідження властивостей алюмінієвих сплавів після нанесення на них захисних покриттів методом електроіскрового легування. В наш час досить широкого застосування набули алюмінієві сплави, однак, алюміній і його сплави володіють недостатньою зносостійкістю. Для цього застосовують методи модифікації поверхні, які формують на поверхні сплавів захисний шар. Перспективним напрямком модифікації поверхні алюмінієвих сплавів є електроіскрове легування (ЕІЛ). Істотними перевагами електроіскрового легування є: висока адгезія покриття з основою, можливість локальної обробки поверхні, відсутність необхідності в попередній підготовці поверхні і екологічність процесу. Тому актуальним є дослідження особливостей формування на алюмінієвих сплавах захисних шарів, що володіють достатньою суцільністю та зносостійкістю. В роботі показано, що при низькій енергії імпульсів J < 0,8 Дж покриття на алюмінієвому сплаві Д1 з приростом шару не утворюються через сильний знос матеріалу з зразка (катода), поверхня зразка тільки модифікується. Приріст шару відбувається при підвищенні енергії імпульсів до J > 0,8 Дж. Крім того, в покритті виявлені мікро - та нанонитки з оксидів олова, що утворюються в результаті дії електромагнітних сил. Показано, що мікро - та нанонитки переносяться на поверхню зразка, утворюючи покриття зі зміненими властивостями. Отримані мікро - та нанонитки грають роль «арматури», що зв'язує покриття в шар і сприяє його збільшенню, що дає можливість використання таких покриттів для відновлення зношених деталей.
У роботі проведені дослідження властивостей алюмінієвих сплавів після нанесення на них захисних покриттів методом електроіскрового легування. В наш час досить широкого застосування набули алюмінієві сплави, однак, алюміній і його сплави володіють недостатньою зносостійкістю. Для цього застосовують методи модифікації поверхні, які формують на поверхні сплавів захисний шар. Перспективним напрямком модифікації поверхні алюмінієвих сплавів є електроіскрове легування (ЕІЛ). Істотними перевагами електроіскрового легування є: висока адгезія покриття з основою, можливість локальної обробки поверхні, відсутність необхідності в попередній підготовці поверхні і екологічність процесу. Тому актуальним є дослідження особливостей формування на алюмінієвих сплавах захисних шарів, що володіють достатньою суцільністю та зносостійкістю. В роботі показано, що при низькій енергії імпульсів J < 0,8 Дж покриття на алюмінієвому сплаві Д1 з приростом шару не утворюються через сильний знос матеріалу з зразка (катода), поверхня зразка тільки модифікується. Приріст шару відбувається при підвищенні енергії імпульсів до J > 0,8 Дж. Крім того, в покритті виявлені мікро - та нанонитки з оксидів олова, що утворюються в результаті дії електромагнітних сил. Показано, що мікро - та нанонитки переносяться на поверхню зразка, утворюючи покриття зі зміненими властивостями. Отримані мікро - та нанонитки грають роль «арматури», що зв'язує покриття в шар і сприяє його збільшенню, що дає можливість використання таких покриттів для відновлення зношених деталей.
The study of the properties of aluminum alloys after the application of protective coatings by electrospark alloying. Nowadays, aluminum alloys are widely used, however, aluminum and its alloys have insufficient wear resistance. To do this, use surface modification methods that form a protective layer on the surface of the alloys. A promising direction of surface modification of aluminum alloys is electrospark alloying (EIL). Significant advantages of electrospark alloying are: high adhesion of a covering with a basis, possibility of local processing of a surface, absence of need for preliminary preparation of a surface and environmental friendliness of process. Therefore, it is important to study the peculiarities of the formation of protective alloys on aluminum alloys, which have sufficient continuity and wear resistance. It is shown that at low pulse energy J <0.8 J coatings on aluminum alloy D1 with layer increment are not formed due to strong wear of the material from the sample (cathode), the surface of the sample is only modified. The increase of the layer occurs when the pulse energy increases to J> 0.8 J. In addition, micro - and nanowires of tin oxides formed as a result of electromagnetic forces are detected in the coating. It is shown that micro - and nanowires are transferred to the surface of the sample, forming a coating with altered properties. The obtained micro - and nanowires play the role of "reinforcement", which binds the coating to the layer and contributes to its increase, which allows the use of such coatings to restore worn parts.

В роботі досліджені карбідні покриття на основі високоентропійних сплавів та фізико-хімічні процеси, що обумовлюють формування та зміну фазового складу, структури і функціональних властивостей покриттів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено удосконаленню технологічного процесу нанесення функціональних мідних покриттів на вироби зі сплавів заліза й алюмінію, які використовуються для підвищення електро- та теплопровідності, забезпечення надійності контактних з'єднань, надання поверхні каталітичних властивостей. Досліджено кінетику і механізм відновлення гідроксотартратного комплексу міді. Встановлено, що катодний процес протікає в області змішаної кінетики і ускладнений хімічною стадією дисоціації комплексного іона. Розроблено склад електроліту міднення, що забезпечує осадження покриттів з міцною адгезією до більш електронегативної основи. Отриманий розчин екологічно безпечний та стійкий при тривалій експлуатації. Вивчено вплив параметрів електролізу (температури, густини струму, концентрації компонентів розчину) на морфологію і якість одержуваних покриттів. Встановлено, що для поліпшення зчеплення мідного осаду з виробами зі сплавів алюмінію, необхідно створити на їх поверхні оксидну плівку з розвиненою пористою поверхнею, що задається умовами формування. Виявлено корозійні і електричні характеристики сформованих оксидів. Визначено, що додавання активуючої домішки фторид-іону до електроліту міднення сприяє більш рівномірному розподілу металу по поверхні сплавів.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences in specialty 05.17.03 – technical electrochemistry. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkiv, 2018. The thesis is devoted to the improvement of the technological process of applying copper coatings to products made of alloys of iron and aluminum, which are intended for electrical purposes. The kinetics and mechanism of the reduction of the copper hydroxotartrate complex are studied. It is found that the cathodic process includes delayed stage of electron transfer and chemical dissociation stage of the complex ion. The composition of the electrolyte for copper deposition has been developed, which ensures the deposition of coatings with good adhesion to the electronegative base. The resulting solution is environmentally safe and stable for long-term use. The effect of electrolysis parameters on the morphology and quality of the coatings was studied. In order to improve the adhesion of the copper deposit to parts made of aluminum alloys, it is necessary to create an oxide film having a developed porous surface, which is specified by the conditions of its formation. The corrosion and electrical characteristics of the oxides formed are revealed. It is determined that the addition of the fluoride ion (as activating impurity to the electrolyte for copper plating) promotes a more even distribution of the metal over the surface of the alloys.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено удосконаленню технологічного процесу нанесення функціональних мідних покриттів на вироби зі сплавів заліза й алюмінію, які використовуються для підвищення електро- та теплопровідності, забезпечення надійності контактних з'єднань, надання поверхні каталітичних властивостей. Досліджено кінетику і механізм відновлення гідроксотартратного комплексу міді. Встановлено, що катодний процес протікає в області змішаної кінетики і ускладнений хімічною стадією дисоціації комплексного іона. Розроблено склад електроліту міднення, що забезпечує осадження покриттів з міцною адгезією до більш електронегативної основи. Отриманий розчин екологічно безпечний та стійкий при тривалій експлуатації. Вивчено вплив параметрів електролізу (температури, густини струму, концентрації компонентів розчину) на морфологію і якість одержуваних покриттів. Встановлено, що для поліпшення зчеплення мідного осаду з виробами зі сплавів алюмінію, необхідно створити на їх поверхні оксидну плівку з розвиненою пористою поверхнею, що задається умовами формування. Виявлено корозійні і електричні характеристики сформованих оксидів. Визначено, що додавання активуючої домішки фторид-іону до електроліту міднення сприяє більш рівномірному розподілу металу по поверхні сплавів.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences in specialty 05.17.03 – technical electrochemistry. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkiv, 2018. The thesis is devoted to the improvement of the technological process of applying copper coatings to products made of alloys of iron and aluminum, which are intended for electrical purposes. The kinetics and mechanism of the reduction of the copper hydroxotartrate complex are studied. It is found that the cathodic process includes delayed stage of electron transfer and chemical dissociation stage of the complex ion. The composition of the electrolyte for copper deposition has been developed, which ensures the deposition of coatings with good adhesion to the electronegative base. The resulting solution is environmentally safe and stable for long-term use. The effect of electrolysis parameters on the morphology and quality of the coatings was studied. In order to improve the adhesion of the copper deposit to parts made of aluminum alloys, it is necessary to create an oxide film having a developed porous surface, which is specified by the conditions of its formation. The corrosion and electrical characteristics of the oxides formed are revealed. It is determined that the addition of the fluoride ion (as activating impurity to the electrolyte for copper plating) promotes a more even distribution of the metal over the surface of the alloys.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертацію присвячено розробленню основ технології одержання склокристалічних покриттів по сплавах титану на основі системи R₂O – RO – RO₂ – R₂O₃ – P₂O₅ – SіO₂ для кісткового ендопротезування. Сформульовано наукові положення одержання кальційсилікофосфатних склокристалічних покриттів як біоактивних компонентів ендопротезів кульшового суглобу та нижньої шелепи. Обрано вихідну склоутворюючу систему та встановлено механізм структуро- і фазоутворення в модельних стеклах та особливості формування на їх основі покриттів по сплавах титану під час термічної обробки. Розроблено технологію одержання біоактивних склокристалічних покриттів з мікро-твердістю H = 6620 ÷ 7050 МПа, параметром тріщиностійкості K1C = 2,01 ÷ 2,73 МПа·м1/2, твердістю за Віккерсом HV = 5440 ÷ 5660 МПа, адгезійною міцністю σадг = 16 ÷ 17 МПа та підтверджено формування апатитоподібного шару на поверхні розроблених покриттів in vitro, що дозволяє використовувати їх в умовах змінних динамічних навантажень.
Thesis for the Candidate of Technical Sciences Degree n specialty 05.17.11 – Technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. The thesis is dedicated to development of technological bases of obtaining glass-ceramic coatings on titanium alloys in the R₂O – RO – RO₂ – R₂O₃ – P₂O₅ – SіO₂ system for bone endoprostheses. Scientific provisions of obtaining calcium silicophos-phate glass-ceramic coatings as bioactive components of endoprostheses of coxofemo-ral joint and lower jaw bone were defined. Initial glass-forming system was chosen, mechanism of structure- and phase-formation in model glasses and characteristics of coatings formation on their base on titanium alloys during thermal treatment has been established. Technology of bioactive glass-ceramic coatings with microhardness of H = 6620 ÷ 7050 MPa, crack toughness parameter K1C = 2,01 ÷ 2,73 MPa·м1/2, Vickers hardness HV = 5440 ÷ 5660 MPa, adhesive strength σadh 16 ÷ 17 MPa has been developed, formation of apatite-like layer on the surface of developed coatings in vitro has been confirmed which allows their use in conditions of conditions of variable dynamic loads.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертацію присвячено розробленню основ технології одержання склокристалічних покриттів по сплавах титану на основі системи R₂O – RO – RO₂ – R₂O₃ – P₂O₅ – SіO₂ для кісткового ендопротезування. Сформульовано наукові положення одержання кальційсилікофосфатних склокристалічних покриттів як біоактивних компонентів ендопротезів кульшового суглобу та нижньої шелепи. Обрано вихідну склоутворюючу систему та встановлено механізм структуро- і фазоутворення в модельних стеклах та особливості формування на їх основі покриттів по сплавах титану під час термічної обробки. Розроблено технологію одержання біоактивних склокристалічних покриттів з мікро-твердістю H = 6620 ÷ 7050 МПа, параметром тріщиностійкості K1C = 2,01 ÷ 2,73 МПа·м1/2, твердістю за Віккерсом HV = 5440 ÷ 5660 МПа, адгезійною міцністю σадг = 16 ÷ 17 МПа та підтверджено формування апатитоподібного шару на поверхні розроблених покриттів in vitro, що дозволяє використовувати їх в умовах змінних динамічних навантажень.
Thesis for the Candidate of Technical Sciences Degree n specialty 05.17.11 – Technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. The thesis is dedicated to development of technological bases of obtaining glass-ceramic coatings on titanium alloys in the R₂O – RO – RO₂ – R₂O₃ – P₂O₅ – SіO₂ system for bone endoprostheses. Scientific provisions of obtaining calcium silicophos-phate glass-ceramic coatings as bioactive components of endoprostheses of coxofemo-ral joint and lower jaw bone were defined. Initial glass-forming system was chosen, mechanism of structure- and phase-formation in model glasses and characteristics of coatings formation on their base on titanium alloys during thermal treatment has been established. Technology of bioactive glass-ceramic coatings with microhardness of H = 6620 ÷ 7050 MPa, crack toughness parameter K1C = 2,01 ÷ 2,73 MPa·м1/2, Vickers hardness HV = 5440 ÷ 5660 MPa, adhesive strength σadh 16 ÷ 17 MPa has been developed, formation of apatite-like layer on the surface of developed coatings in vitro has been confirmed which allows their use in conditions of conditions of variable dynamic loads.

Запропоновано екологічно безпечну ресурсозберігаючу технологію нанесення поліфункціональних покриттів потрійними сплавами кобальту з тугоплавкими металами. Проаналізовано вплив компонентів електролітів та режимів осадження на склад і морфологію покриттів. Проведені випробування електролітичних покриттів сплавами на каталітичну активність і мікротвердість.

В рамках термодинамического представления описаны процесс формирования тепловой зоны в приповерхносном слое матрицы Cu в результате термобарического воздействия ионного пучка Ti++; зарядовой энергии 100-150 КэВ длительностью 80-150 мкс.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія (161 – хімічні технології та інженерія). ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Об’єкт дослідження ‒ електрохімічні та хімічні процеси на міжфазовій межі та в оксидному шарі при формуванні гетерооксидних покриттів на сплавах алюмінію і титану. Предмет дослідження – механізм процесу поверхневої обробки сплавів алюмінію та титану у лужних розчинах електролітів, технологічні параметри плазмо-електролітного оксидування, склад, структура та функціональні властивості гетерооксидних покриттів. Дисертацію присвячено розробці наукових засад технології плазмо-електролітного формування гетерооксидних покриттів заданого складу і функціональних властивостей на сплавах алюмінію (титану) для екотехнологій. Висунуто та експериментально доведено гіпотези щодо гомогенізації поверхні багатокомпонентних сплавів алюмінію (титану) та формування заданого рельєфу оксидної матриці плазмо-електролітним оксидуванням у лужних розчинах дифосфатів та формування міцноадгезованих гетерооксидних покриттів із широким спектром функціональних властивостей на сплавах алюмінію (титану), що реалізацується в одному технологічному процесі плазмо-електролітним оксидуванням у лужних розчинах дифосфатів за присутності сполук металів-допантів. За результатами комплексного дослідження плазмо-електролітного оксидування багатокомпонентних сплавів запропоновано нову парадигму інженерії поверхні, за якою в одному технологічному процесі проводять гомогенізацію поверхні оброблюваних матеріалів із мінімізацією вмісту їх легувальних елементів, утворення наперед заданої топографії монооксидної матриці Al₂O₃ (TiO₂) та одночасною інкорпорацією цільових допувальних компонентів. Запропоновано використання комплексних електролітів на основі дифосфатів лужних металів для прискорення електрохімічного розчинення, зв’язування та видалення легувальних елементів із поверхневих шарів багатокомпонентних сплавів алюмінію (титану), встановлено шляхи керування гомогенізацією поверхні та доведено, що ПЕО в розчині 0,5–1,0 моль/дм³ K₄P₂O₇ за густини струму 5–7 А/дм² дозволяє зменшити вміст легувальних елементів у поверхневих шарах в 4–5 разів та сформувати розвинену оксидну матрицю металу-носія, що склало підґрунтя для розробки узагальненої технологічної схеми процесу. Запропоновано стратегію синтезу гетерооксидних покриттів плазмо-електролітним оксидуванням легованих сплавів алюмінію (титану) з формуванням в одному процесі оксидної матриці металу-носія та інкорпорації оксидів металів-допантів; доведено, що співвідношення компонентів електроліту впливає на вміст допанта, морфологію та топографію поверхні гетерооксидного покриття. З використанням диференціальних залежностей dU/dt–U для опису кінетичних закономірностей та встановлення стадійності процесу плазмо-електролітного оксидування сплавів різного хімічного складу доведено, що відмінність кута нахилу таких залежностей на початкових ділянках ПЕО зумовлена формуванням оксидів різної природи, а домінанта реакцій розчинення компонентів сплаву над реакціями формування оксидів з високим питомим опором обумовлює появу плато на залежності dU/dt–U, протяжність якого відбиває формування гетерооксидного шару. Обґрунтовано концепцію інкорпорації оксидів Mn та Co до складу покриттів і доведено, що в лужних електролітах на основі дифосфатів при додаванні солей металів-допантів в режимі "спадаючої потужності" з варіюванням густини струму формуються гетерооксидні покриття Al₂O₃·MnOₓ із вмістом мангану до 36,0 ат.% та Al₂O₃·CoOᵧ із вмістом кобальту до 24,0 ат.%, що дозволило визначити оптимальні умови синтезу. Підтверджено утворення в запропонованих режимах матриці металу-носія із фазовою структурою корунду, в яку інкорпоровані оксиди металів-допантів змінної валентності. Встановлено, що значне зростання мікротвердості для системи Al | Al₂O₃ CoOᵧ зумовлено не тільки утворенням α-Al₂O₃ в каналах пробою, а і формуванням структури сапфіру CoAl₂O₄ за рахунок хімічного заміщення і доведено, що термообробка гетерооксидних покриттів при температурах 300–500°С зумовлює зміну співвідношення оксидних форм допувальних компонентів при збереженні високих показників мікротвердості. Встановлено, що одностадійна плазмо-електролітна обробка поршня двигуна КамАЗ-740 у розчинах дифосфату з додаванням манганатів (VII) та солей кобальту (ІІ) дозволяє сформувати рівномірні міцноадгезовані каталітичні і теплозахисні гетерооксидні покриття оксидами мангану та кобальту, високу активність яких доведено в робочому процесі каталітичного горіння палива. Знайшли подальший розвиток уявлення про систему чинників впливу на склад, морфологію, топографію та структуру гетерооксидних покриттів на легованих сплавах алюмінію (титану) і залежність функціональних властивостей оксидних шарів від режиму формування та складу поверхні. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці варіативних технологічних схем плазмо-електролітної обробки багатокомпонентних сплавів алюмінію (титану) у розчинах дифосфатів із мінімізацією вмісту легувальних елементів у поверхневих шарах та формуванням гетерооксидних покриттів з підвищеним вмістом активних компонентів й заданими функціональними властивостями. Тестуванням розроблених покриттів на випробувальних стендах кафедри двигунів внутрішнього згоряння НТУ "ХПІ" встановлено зменшення викидів оксидів азоту й вуглецю та підвищення паливної економічності двигунів за рахунок внутрішньоциліндрового каталізу. Результатами випробувань гетерооксидних покриттів у Харківському науково-дослідному експертно-криміналістичному центрі МВС України встановлено їх підвищену корозійну стійкість та механічну міцність, що дозволило рекомендувати одержані матеріали для захисту від корозійного руйнування та підвищення механічної міцності капсюлей-детонаторів, які використовуються для проведення вибухових робіт. Підвищені механічні властивості та висока адгезійна міцність оксидних покриттів до основного металу підтверджено випробуваннями на АТ "УКРНДІХІММАШ". Теоретичні матеріали та практичні результати дослідження використано в освітньому процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" при підготовці фахівців за спеціальністю "Теплоенергетика" та Військового інституту танкових військ НТУ «ХПІ» при підготовці курсантів за спеціальностями "Забезпечення військ (сил)" та "Озброєння та військова техніка". Науково-технічна новизна розробок підтверджується 7-ма патентами України та патентом Респубілки Казакстан, частина з яких відзначена дипломами Всеармійського конкурсу "Кращий винахід року", а саме: патент України № 116176 "Спосіб зниження токсичності газових викидів двигунів внутрішнього згоряння" (диплом I ступеня у номінації "Автомобільна техніка", 2017 рік); патент України № 117765 "Спосіб обробки поршнів двигунів внутрішнього згоряння" (диплом II ступеня у номінації "Автомобільна техніка", 2018 рік); патент України № 135696 "Поршень двигуна внутрішнього згоряння з каталітичним термостійким покриттям" (диплом "За оригінальність технічного рішення", 2019 рік).
Dissertation for the Degree of the Doctor of Engineering Sciences in the Specialty of 05.17.03 – technical Electrochemistry (161 – Chemical Technology and Engineering). – National Technical University "Kharkіv Polytechnic Institute", Kharkіv, 2020. The object of research is chemical and electrochemical processes in the volume of electrolyte, oxide coating and interface in the formation of heteroxide coatings on aluminum and titanium alloys. The subject of research is the mechanism of the surface treatment of aluminum and titanium alloys in alkaline solutions of electrolytes, technological parameters of plasma-electrolyte oxidation, composition, structure and functional properties of heteroxide coatings. The thesis is devoted to the development of scientific bases of plasma-electrolytic formation of heterooxide coatings of a given composition and functional properties on aluminum (titanium) alloys for ecotechnologies. Hypotheses were generated and experimentally proved concerning the homogenization of the surface of aluminum (titanium) multicomponent alloys and the formation of a given relief of the oxide matrix by plasma-electrolyte oxidation in alkaline solutions of diphosphates and the formation of strongly adhesed heteroxide coatings with a wide range of functional properties on aluminium (titanium) alloys by executing plasma-electrolytic oxidation in alkaline solutions of diphosphates with the presence of dopant metal compounds in one technological process. As a result of a comprehensive study of plasma-electrolytic oxidation of multicomponent alloys, a new paradigm of surface engineering is proposed, according to which in one technological process the surface of processed materials is homogenized with minimization of their alloying components, formation of predefined topography of Al₂O₃ (TiO₂) monoxide matrix and simultaneous incorporation of target alloying components. The use of complex electrolytes based on alkali metal diphosphates for acceleration of electrochemical dissolution, binding and removal of alloying components from the surface layers of multicomponent aluminum (titanium) alloys is proposed, ways to control surface homogenization are established and it is proved that PEO 1.0 in 0.5 mol/L K₄P₂O₇ solution at a current density of 5–7 A/dm² allows to reduce the content of alloying components in the surface layers by 4–5 times and to form developed oxide matrix of the metal-carrier, which became the basis for the development of a generalized flow chart. It is proposed to use a strategy for the synthesis of heteroxide coatings by plasma-electrolyte oxidation of alloyed aluminum (titanium) alloys with the formation of the oxide matrix of the metal-carrier and the incorporation of oxides of metal-dopants in one process; it is proved that the ratio of electrolyte components affects the content of dopant, morphology and topography of the heteroxide coating surface. With the use of differential dependences dU/dt–U in order to describe the kinetic laws and establish the stages of the process of plasma-electrolytic oxidation of alloys of different chemical composition, it is proved that the difference in the slope of such dependences at the initial sites of PEO is due to the formation of oxides of different nature, and the dominant of dissolution reactions of alloys components over the reaction of oxide formation with high resistivity cause the appearance of a plateau on the dU / dt – U dependence, the length of which reflects the formation of a heteroxide layer. The conception of incorporation of Mn and Co oxides into the coatings was substantiated and it is proved that in alkaline electrolytes, which are based on diphosphates, with the addition of metal-dopant salts in the mode of "decreasing power" with variation of current density heteroxide oxide coatings Al₂O₃·MnOₓ with manganese content up to 36 % and Al₂O₃·CoOᵧ with cobalt content up to 24.0 %, are formed that allowed to determine the optimal synthesis conditions. The formation of matrix of metal-carrier in proposed modes with a phase structure of corundum, in which oxides of dopant metals of variable valence are incorporated, is confirmed. It is established that a significant increase in microhardness for the system Al | Al₂O₃·CoOᵧ is caused not only by the formation of α-Al₂O₃ in breakdown paths, but also by the formation of the structure of CoAl₂O₄ sapphire due to chemical substitution and it is proved that heat treatment of heteroxide coatings at temperatures of 300–500 °C causes a change in the ratio of oxide forms of alloying components while maintaining high microhardness values. It is established that one-stage plasma-electrolyte treatment of the KamAZ-740 engine piston in diphosphate solutions with the addition of manganates (VII) and cobalt (II) salts allows to form uniform strongly adhered catalytic and heat-protective heteroxide coatings by oxides of manganese and cobalt, high activity of which was proved in the process of catalytic fuel combustion. The idea of the system of factors influencing the composition, morphology, topography and structure of heteroxide coatings on alloyed aluminum (titanium) alloys and the dependence of the functional properties of oxide layers on the mode of formation and surface composition was further developed. The practical significance of the obtained results lies in the development of variable technological schemes of plasma-electrolyte treatment of multicomponent aluminum (titanium) alloys in diphosphate solutions with minimization of alloying components in surface layers and formation of heteroxide coatings with high content of active components and given functional properties. Testing of the developed coatings on the test benches of the Department of Internal Combustion Engines of NTU "KhPI" revealed a reduction in emissions of nitrogen and carbon oxides and increase in fuel efficiency of engines due to internal cylinder catalysis. The results of tests of heteroxide coatings in the Kharkiv Scientific Research Forensic Center of the Ministry of Internal Affairs of Ukraine established their increased corrosion resistance and mechanical strength, which allowed to recommend the obtained materials to protect against corrosion damage and increase the mechanical strength of detonator caps used for blasting. Increased mechanical properties and high adhesive strength of oxide coatings to the base metal were confirmed by tests at JSC "UKRNDIHIMMASH". Theoretical materials and practical results of the research were used in the educational process of the National Aerospace University named after M.E. Zhukovsky "Kharkiv Aviation Institute" in the training of specialists in the specialty "Thermal power" and the Military Institute of Armored Forces of NTU "KhPI" in the training of cadets in the specialties "Provision of troops (forces)" and "Armament and military equipment". The scientific and technical novelty of the developments is confirmed by 7 patents of Ukraine, some of which were awarded diplomas of the All-Army competition "Best Invention of the Year", namely: patent of Ukraine # 116176 "Method of reducing toxicity of gaseous emissions from internal combustion engines" (first-degree diploma certificate in nomination "Automotive Equipment", 2017); patent of Ukraine # 117765 "Method of processing pistons of internal combustion engines" (second-degree diploma certificate in nomination "Automotive Equipment", 2018); patent of Ukraine # 135696 "Piston of an internal combustion engine with a catalytic heat-resistant coating" (diploma certificate "For the originality of the technical solution", 2019).

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 ‒ технічна електрохімія (161 – хімічні технології та інженерія). ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертацію присвячено розробці наукових засад технології плазмо-електролітного формування гетерооксидних покриттів заданого складу і функціональних властивостей на сплавах Al (Ti) для екотехнологій. Висунуто та експериментально доведено гіпотези щодо гомогенізації поверхні багатокомпонентних сплавів та формування заданого рельєфу оксидної матриці плазмо-електролітним оксидуванням в лужних розчинах дифосфатів та формування міцноадгезованих гетерооксидних покриттів із широким спектром функціональних властивостей за присутності сполук металів-допантів. З використанням диференціальних залежностей dU/dt–U описано кінетичні закономірності та встановлено стадійність процесу ПЕО сплавів різного хімічного складу. Встановлено, що використання розчинів дифосфатів дозволяє зменшити вміст легувальних елементів у поверхневих шарах в 4–5 разів та сформувати розвинену оксидну матрицю металу-носія. Доведено, що в лужних електролітах при додаванні солей металів-допантів в режимі "спадаючої потужності" з варіюванням густини струму формуються гетерооксидні покриття із Ѡ(Mn) до 36,0 ат. % та з Ѡ(Co) до 24,0 ат. %, що дозволило визначити оптимальні умови синтезу. Підтверджено утворення в запропонованих режимах матриці металу-носія, в яку інкорпоровані оксиди металів-допантів змінної валентності. Доведено, що термообробка гетерооксидних покриттів при температурах до 600°С зумовлює зміну співвідношення оксидних форм допувальних компонентів при збереженні високих показників мікротвердості. Встановлено, що одностадійна плазмо-електролітна обробка поршня двигуна КамАЗ-740 у розроблених електролітах та режимах дозволяє сформувати рівномірні міцноадгезовані каталітичні і теплозахисні гетерооксидні покриття оксидами мангану та кобальту, активність яких доведено в робочому процесі каталітичного горіння палива. Розроблено варіативні схеми плазмо-електролітної обробки багатокомпонентних сплавів Al (Ti) з підвищеним вмістом активних компонентів й заданими функціональними властивостями. За результатами комплексу експериментальних досліджень та тестувань властивостей покриттів в модельних середовищах й технологічних умовах визначено перспективні області застосування одержаних матеріалів.
Thesis for scientific degree of Doctor of Technical Sciences in the Specialty of 05.17.03 – Technical Electrochemistry (161 – Chemical Technology and Engineering). – National Technical University "Kharkіv Polytechnic Institute", Kharkіv, 2020. The thesis is devoted to the development of scientific bases of plasma-electrolytic formation of heterooxide coatings of a given composition and functional properties on Al (Ti) alloys for ecotechnologies. Hypotheses were generated and experimentally proved concerning the homogenization of the surface of aluminum (titanium) multicomponent alloys and the formation of a given relief of the oxide matrix by plasma-electrolyte oxidation in alkaline solutions of diphosphates and the formation of strongly adhesed heteroxide coatings with a wide range of functional properties on aluminium (titanium) alloys by executing plasma-electrolytic oxidation in alkaline solutions of diphosphates with the presence of dopant metal compounds in one technological process. With the use of differential dependences dU/dt–U in order to describe the kinetic laws and establish the stages of the process of plasma-electrolytic oxidation of alloys of different chemical composition. It found that the use of complex electrolytes based on alkali metal allows to reduce the content of alloying components in the surface layers by 4–5 times and to form developed oxide matrix of the metal-carrier. It proved that in the mode of "decreasing power" with variation of current density heteroxide oxide coatings with Ѡ(Mn) up 36.0 аt. % and with Ѡ(Co) up 24.0 аt. %, that allowed to determine the optimal synthesis conditions. The formation of matrix of metal-carrier in proposed modes, in which oxides of dopant metals of variable valence are incorporated, is confirmed. It is proved that heat treatment of heteroxide coatings at temperatures up 600°C causes a change in the ratio of oxide forms of alloying components while maintaining high microhardness values. It is established that one-stage plasma-electrolyte treatment of the KamAZ-740 engine piston in in developed electrolytes and modes allows to form uniform strongly adhered catalytic and heat-protective heteroxide coatings by oxides of manganese and cobalt, high activity of which was proved in the process of catalytic fuel combustion. The variation schemes of of plasma-electrolytic treatment of multicomponent Al (Ti) alloys with the increased content of active components and the set functional properties were suggested. The perspective areas of the application of the obtained materials according to the results of experimental researches and tests of properties in model environments and technological conditions are determined.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу імплантації негативних іонів Au- на фазовий склад, структурно-напружений і дефектний стан, механічні й трибологічні властивості п'яти- та шести- елементних нітридних покриттів (TiZrAlYNb)Nx і (TiZrHfVNbTa)Nx і вплив на них технологічних умов осадження (тиску робочого газу, і потенціалу зсуву підкладки). Результати дослідження елементного, фазового і напружено-деформованого стану покриттів свідчать про те, що в покриттях відбувається формування двух основних кристалічних фаз – ГЦК і ОЦК в залежності від тиску робочого газу. Фазовий стан змінюється від аморфного до нанокристалічного, а покриття знаходяться під напруженням стиску. Проведення іонної імплантації (однозарядними негативними іонами золота Au-) призводить до наступних наслідків. Поверхневий шар покриття сильно розупорядкований із підвищеною долею ОЦК фази у результаті балістичної взаємодії іонів золота і матеріалу покриття. Також, відбувається значне збільшення кількості дефектів у покритті: дислокацій, пустот, нанопор, бі- і тривакансій, а також вакансійних комплексів. Дослідження механічних та трибологічних властивостей покриттів показали, що імплантація іонами золота приводить до зростання твердості покриттів у імплантованому шарі (до величини 39,05 ГПа), а також індекс в’язкопластичності збільшується до 0,123. Спостерігається збільшення зносостійкості покриттів (у 2,5 рази) і зменшення коефіцієнту тертя. Таким чином, проведення іонної імплантації іонами золота, за рахунок внутрішніх процесів дефектоутворення, зменшення розміру зерен і збільшення об’ємної долі меж зерен призводить до покращення фізико-механічних властивостей покриттів (TiZrAlYNb)Nx і (TiZrHfVNbTa)Nx.
Диссертационная работа посвящена исследованию влияния имплантации отрицательных ионов Au- на фазовый состав, структурно-напряженное и дефектное состояние, механические и трибологические свойства пяти- и шести- элементных нитридных покрытий (TiZrAlYNb)Nx и (TiZrHfVNbTa)Nx и влияние на них технологических условий осаждения (давления рабочего газа, и потенциала смещения подложки). Результаты исследования элементного, фазового и напряженнодеформированного состояния покрытий свидетельствуют о том, что в покрытиях происходит формирование двух основных кристаллических фаз – ГЦК и ОЦК в зависимости от давления рабочего газа. Фазовое состояние изменяется от аморфного до нанокристаллического, а покрытия находятся под напряжениями сжатия. Проведение ионной имплантации (однозарядными отрицательными ионами золота Au-) приводит к следующим последствиям. Поверхностный шар покрытия сильно разупорядочен, с повышенной долей ОЦК фазы в результате баллистического взаимодействия ионов золота и материала покрытия. Также, происходит значительное увеличение количества дефектов в покрытии: дислокаций, пустот, нанопор, би- и тривакансий, а также вакансионных комплексов. Исследования механических и трибологических свойств покрытий показали, что имплантация золота приводит к возрастанию твердости покрытий в имплантированном шаре (до величины 39,05 ГПа), а также индекс вязкопластичности увеличивается до 0,123. Наблюдается увеличение износостойкости покрытий (в 2,5 раза) и уменьшение коэффициента трения. Таким образом, проведение ионной имплантации ионами золота, за счет внутренних процессов дефектообразования, уменьшения размера зерен и увеличения объемной доли границ зерен приводит к улучшению физико-механических свойств покрытий (TiZrAlYNb)Nx и (TiZrHfVNbTa)Nx.
The thesis is devoted to investigation of the influence of ion implantation by negative ions Au- on the phase composition, structure-stress and defect state, mechanical and trybological properties of five- and six- elements nitride coatings (TiZrAlYNb)Nx and (TiZrHfVNbTa)Nx, and influence on them of the deposition technological parameters – pressure of working state, and substrate bias voltage. The results of the investigation of element, phase and structure-deformated state of the coatings show that, two main crystalline phases are formed in the coatings – FCC and BCC; depending on the working gas pressure phase state is changed from amorphous to nanocrystalline; and coatings are under the compressive stress. Ion implantation (by one-charge negative ions gold Au-) leads to the following. Subsurface layer is disordered a lot, and has higher rate of BCC phase – based on ballistic collisions of ions of Au with the coating’s material. Also, number of defects in the coating is increased significantly – dislocations, holes, nanopores, bi- and triplevacancies, and also vacancy clusters are found. Investigation of mechanical and trybological properties of the coatings showed, that ion implantation leads to increasing of hardness of the coatings in the implanted layer (up to 39,05 GPa), and index of viscoplasticity is increased to 0,123. Wear resistance is increased (up to 2,5 times), and friction coefficient is decreased. Thus, ion implantation by Au- ions, leads to improving of physical and mechanical properties of the investigated coatings (TiZrAlYNb)Nx and (TiZrHfVNbTa)Nx, because of internal processes of defects formation, decreasing of grains sizes, and increasing of volume rate of grain boundaries.