Анотація до роботи:

Вакуленко К.В. Фізичні основи регулювання адгезійної взаємодії металів з карбідами, нітридами та оксидами d-перехідних металів та sp-елементів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Інститут електрофізики й радіаційних технологій НАН України, Харків, 2009.

Робота присвячена розв’язанню актуальної задачі розвитку уявлень про природу й механізм адгезії і створенню фізичних основ регулювання адгезійної взаємодії твердих тіл. Проаналізовано особливості адгезії різних матеріалів, визначено найбільш важливі елементи механізму адгезії твердих тіл, подано узагальнену концепцію адгезії, що не суперечить експерименту. Встановлено, що адгезійна активність двокомпонентних тугоплавких сполук на базі d-перехідних металів й sp-елементів залежить від різниці електронегативностей елементів, що входять у сполуки. Запропоновано й обґрунтовано критерії оцінки адгезійної активності твердих тіл і фізичний принцип її регулювання. Встановлено взаємозв'язок між оброблюваністю більшості конструкційних матеріалів й інтенсивністю адгезійної взаємодії стружки з передньою поверхнею інструменту. Розроблено багатошарові вакуумно-плазмові покриття для захисту сталі 20Х13 від ерозії під час кавітації. Встановлено, що захисні властивості безпосередньо залежать від адгезійної і когезійної міцності.

У результаті виконаних досліджень вирішено важливе науково-прикладне завдання, що має велике значення для розвитку сучасної техніки. Розвинуто уявлення про природу та механізм адгезії твердих тіл, визначено фізичні фактори можливого впливу на адгезійну активність поверхні твердого тіла.

Основні наукові й практичні результати роботи можна сформулювати у вигляді таких узагальнюючих висновків.

1. Установлено, що найважливішими елементами механізму адгезії твердих тіл є: утворення ювенільних контактних поверхонь, розрив міжатомних зв'язків поверхневих атомів тіл (за рахунок нагрівання, пластичної деформації, опромінення й інших енергетичних впливів), перекриття валентних орбіталей поверхневих атомів контактуючих тіл й утворення нових електронних конфігурацій, які забезпечують адгезійні зв'язки.

2. Одержано наукове обґрунтування положення А.П. Семенова про існування енергетичного бар'єра процесу адгезії, що обумовлений у загальному випадку необхідністю руйнування стабільних конфігурацій валентних електронів поверхневих атомів як умови перекриття валентних орбіталей і наступного утворення адгезійних зв'язків.

3. Встановлено, що адгезійна активність тугоплавких карбідів, нітридів та оксидів d-перехідних металів й sp-елементів залежить від різниці електронегативностей елементів, що входять у сполуки. Збільшення різниці електронегативностей відповідає збільшенню статистичної ваги s²p⁶-конфігурацій, що забезпечують адгезійну пасивність цих сполук. З підвищенням СВАСК s²p⁶-конфігурацій росте й ступінь іонності міжатомного зв'язку сполуки, що супроводжується значним збільшенням енергії її утворення.

4. Установлено, що адгезійна активність металів, з одного боку, підвищується зі зменшенням їх електронегативності, а з іншого – зменшується зі зменшенням амплітуди теплових коливань атомів. В основі двох цих залежностей лежить та ж сама причина: залежність електронегативності металів й амплітуди теплових коливань їх атомів від величини першого або першого і другого іонізаційних потенціалів елементів.

5. Висвітлені в роботі елементи механізму адгезії твердих тіл різної природи, об'єднані в узагальнену концепцію адгезії, відкривають широкі можливості для розвитку технологій цілеспрямованого модифікування фазового й хімічного складу робочих поверхонь виробів, що вимагають корекції їх адгезійної активності. У роботі демонструється можливість використання цього фізичного принципу стосовно робочих поверхонь різальних інструментів, на які наносяться адгезійно-пасивні вакуумно-плазмові покриття.

6. У роботі одержані результати аналізу впливу на оброблюваність різних конструкційних матеріалів їх схоплюваності з інструментальним матеріалом, показано, що чим менше адгезія оброблюваного матеріалу з інструментом, тим вище оброблюваність.

7. Обґрунтовано можливість практичного використання критеріїв адгезійної активності твердого тіла (Т* - температури початку швидкого зростання адгезії й кута змочування q) для прогнозування ефективності відповідних сполук у складі захисних покриттів при різанні конструкційних матеріалів. Проаналізовано доцільність нанесення покриттів на основі тугоплавких карбідів, нітридів й оксидів на різальні інструменти для обробки ряду матеріалів.

8. Продемонстровано істотний вплив на кавітаційну стійкість багатошарових вакуумно-плазмових покриттів їх адгезійної міцності стосовно підкладки, їх когезійної міцності, а також рівня залишкових макронапружень у покритті.

9. Показано можливість істотного підвищення кавітаційної стійкості сталі 20Х13 за допомогою вакуумно-плазмових покриттів, що мають високі значення адгезійної і когезійної міцності.

10. Набув подальшого розвитку метод оцінки адгезійної і когезійної міцності покриттів, в основі якого лежить глибоке проникнення в покриття алмазного індентора на твердомірі Роквелла.

Публікації автора:

1. Мацевитый В.М. О важности ионной составляющей межатомной связи в обеспечении низкой адгезионной активности инструментальных материалов и покрытий для режущих инструментов при высоких температурах резания / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Проблемы машиностроения. – 2005. – Т. 8, № 2. – С. 87–90.

2. Вакуленко К.В. Критерии прогнозирования адгезионной активности износостойких покрытий различного химического состава на режущих инструментах / К.В. Вакуленко, В.М. Мацевитый, И.Б. Казак // Вісник Національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. – Х. – 2005. – Вип. 33. – С. 149–152.

3. Мацевитый В.М. Анализ адгезионной активности тугоплавких соединений на основе sp-элементов по отношению к железу и никелю при высоких температурах / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Вісник інженерної академії України. – К.: КПІ. – 2005. – № 2. – С. 14–19.

4. Мацевитый В.М. Анализ адгезионной активности тугоплавких соединений на основе d-переходных металлов и sp-элементов при высоких температурах / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Доповіді Національної академії наук України. – 2006. – № 7. – С. 73–78.

5. Мацевитый В.М. Электронная структура карбидов, нитридов и оксидов d-переходных металлов IV–VI групп и их адгезионная активность / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2006. – № 1/2 (19). – С.85–89.

6. Мацевитый В.М. Требования к фазовому составу защитных покрытий для режущих инструментов и некоторые рекомендации / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Вісник Національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. – 2006. – Вип. 42. – С. 187–191.

7. Мацевитый В.М. Об адгезионном взаимодействии некоторых тугоплавких карбидов, нитридов и оксидов d-переходных металлов с жидкими Fe, Si, Ni и Cu / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Проблемы машиностроения. – 2006. – Т. 9, № 3. – С. 70–75.

8. Адгезионная и когезионная прочность многослойных вакуумно-плазменных покрытий / К.В. Вакуленко, С.В. Дукаров, И.Б. Казак А.П. Крышталь, В.М. Мацевитый // Вісник Національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка – Х. – 2007. – Вип. 61 – С. 135–139.

9. Мацевитый В.М. Особенности эрозии образцов с многослойными покрытиями в условиях кавитации / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Проблемы машиностроения. – 2007. – Т. 10, № 5. – С. 72–78.

10. Вакуленко К.В. Зависимость электроотрицательности элементов от ионизационных потенциалов / К.В. Вакуленко // Проблемы машиностроения. – 2008. – Т. 11, № 2. – С. 71–75.

11. Вакуленко К.В. Адгезия при резании / К.В. Вакуленко, И.Б. Казак, В.М. Мацевитый // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. – № 4. – С. 24-27.

12. Вакуленко К.В. Адгезия и когезия нитридных вакуумно-плазменных покрытий многослойной конструкции / К.В.Вакуленко, В.В. Белозеров, И.Б. Казак, А.И. Махатилова, В.М. Мацевитый // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. – № 4. – С. 10–12.

13. Вакуленко К.В. Обобщенная концепция адгезии твердых тел / К.В. Вакуленко, И.Б. Казак, В.М. Мацевитый // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. – № 4. – С. 13–23.

14. Мацевитый В.М. Схватывание при резании и обрабатываемость материалов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Вісті Академії інженерних наук України: (спец. випуск): Машинобудування та прогресивні технології. – 2007. – № 3 (33). – С. 62–66.

15. Мацевитый В.М. Износостойкие покрытия для режущих инструментов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Оборудование и инструмент для профессионалов. – 2006. – № 3(77). – С. 34–35.

16. Мацевитый В.М. Критерий высокотемпературной адгезионной активности тугоплавких соединений, составляющих основу инструментальных материалов и покрытий для режущих инструментов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Физические и компьютерные технологии: 11 междунар. науч.-техн. конф., 2–3 июня 2005 г.: сб. трудов. – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2005. – C. 157–158.

17. Мацевитый В.М. Требования к фазовому составу защитных покрытий для режущих инструментов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Физические и компьютерные технологии: 12 междунар. науч.-техн. конф., 7–8 июня 2006 г.: сб. трудов. – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2006. – C. 97–99.

18. Мацевитый В.М. О природе низкой адгезионной активности тугоплавких нитридов и оксидов d-переходных металлов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов: 7 междунар. конф., 2006 г.: сб. докл. – Х. – 2006. – Т. 3. – С. 36–39.

19. Мацевитый В.М. К концепции низкой адгезионной активности тугоплавких соединений d-переходных металлов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий: 4 междунар. конф., 18–22 сент., 2006 г.: сб. трудов. – Жуковка, Большая Ялта. – 2006. – С. 68.

20. Адгезионная и когезионная прочность многослойных вакуумно-плазменных покрытий / К.В. Вакуленко, И.Б. Казак, Ю.В. Кунченко, В.М. Мацевитый // Физические и компьютерные технологии: 13 междунар. науч.-техн. конф., 19 апр. 2007 г.: сб. трудов. – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2007.
– C. 376–379.

21. Вакуленко К.В. Температурно-энергетические условия формирования покрытий с хорошей адгезией к подложке / К.В. Вакуленко // Современные проблемы машиностроения: конф. мол. ученых и специалистов Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 29 нояб.–1 дек. 2005 г.: тезисы докл. – Х. – 2005. – С. 35.

22. Вакуленко К.В. Влияние защитных вакуумно-плазменных покрытий на кавитационную эрозию образцов из стали 20Х13 / К.В. Вакуленко // Современные проблемы машиностроения: конф. молодых ученых и специалистов Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 1–7 дек. 2006 г.: тезисы докл. – Х. – 2006. – С. 38.

23. Вакуленко К.В. Электроотрицательность элементов как функция первого и второго ионизационных потенциалов / К.В. Вакуленко // Современные проблемы машиностроения: конф. молодых ученых и специалистов Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 3–6 дек. 2007 г.: тезисы докл. – Х. – 2007. – С. 30.

24. Мацевитый В.М. Схватывание при резании и обрабатываемость материалов / В.М. Мацевитый, И.Б. Казак, К.В. Вакуленко // Новые технологии в машиностроении: XVI междунар. конф., 3–8 сент. 2007 г.: тезисы докл. - Харьков–Рыбачье, 2007. – С. 15.