Анотація до роботи:

Зенкін М.А. Технологічні основи забезпечення якості поверхневого зміцнення відповідальних деталей машин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.

В дисертації вирішено актуальну науково-технічну проблему обґрунтованого вибору технології нанесення і методів контролю властивостей покриттів, що дозволяє гарантовано забезпечити цілеспрямоване якісне поверхневе зміцнення відповідальних деталей машин, які працюють у складних експлуатаційних умовах. Отримано нові теоретичні та експериментальні дані, які дозволили: установити якісні і кількісні параметри впливу технології нанесення і складу багатокомпонентних газотермічних покриттів на властивості поверхневого шару; оцінити вплив технологічних режимів процесу нанесення детонаційних покриттів і термоциклічних навантажень на якісні характеристики деталей; оцінити вплив параметрів вакуум-плазмової технології нанесення дискретних покриттів на їх фізико-механічні характеристики; установити взаємозв'язок впливу режимів електроіскрового легування з трибологічними властивостями покриттів.

В дисертаційній роботі вирішена наукова проблема цілеспрямованого вибору, призначення і технологічного забезпечення оптимальних параметрів покриттів, що в поєднанні з розробленими методами контролю якості поверхневого шару забезпечує високу надійність і довговічність покриттів, які працюють у складних експлуатаційних умовах.

На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень можна зробити наступні висновки.

1. Розкрито закономірності впливу технології нанесення газотермічних покриттів на фізико-механічні характеристики поверхневого шару деталей, що дозволило створити методологію спрямованого вибору технологій нанесення покриттів на відповідальні деталі машин. Отримані результати дозволили встановити ряд принципово нових наукових положень:

– розроблено наукові принципи створення системи підтримки прийняття рішення щодо вибору матеріалу і технології нанесення покриття, які включають структурно-логічну схему та алгоритм технологічного забезпечення і стабілізації параметрів якості робочих поверхонь;

– уперше науково обґрунтована методологія, яка дозволяє з використанням системи інформаційних потоків узагальнити і представити в табличному вигляді групу факторів, що впливають на вибір покриттів і встановити критерії, які дозволяють порівнювати різні види покриттів, а також встановлювати обмеження для тих з них, які не підходять для проектованого виробу;

– науково обґрунтована методологія прогнозування фізико-механічних характеристик поверхневого шару, використання якої, на відміну від стандартних методів, дозволяє реально оцінити показники якості покриттів, що залежать від розсіювання і кореляції властивостей (пористість, міцність зчеплення покриття з основою, твердість тощо), і дає змогу об'єктивно оцінювати вплив технологічних факторів.

2. Розроблено теоретичні положення, на основі яких стало можливим ефективне використання методів контролю якості покриттів з урахуванням умов роботи деталей. Отримані результати дозволили встановити ряд нових наукових положень:

– теоретично обґрунтована можливість і запропоновані технічні рішення, які дозволяють використовувати енергетичний метод контролю для оцінки локальних неоднорідностей напружено-деформованого стану тонких поверхневих шарів деталей з покриттями і наявності мікротріщин, що визначають стадію передруйнування покриття;

– на основі системних підходів розроблено методологію та апаратурне забезпечення для оцінки впливу технології нанесення жаростійких покриттів на експлуатаційну надійність деталей, що працюють в умовах термоциклування;

– для оцінки впливу технології нанесення покриттів на зносостійкість деталей в умовах нестаціонарного тертя запропоновані нові методологічні рішення, що дозволяють проводити випробування за різними схемами контактування в широкому діапазоні умов тертя;

– для оцінки модуля пружності та коефіцієнта Пуассона основи і різних покриттів, з урахуванням технологічних режимів нанесення, запропоновано новий підхід з використанням розрахункових залежностей, чисельні значення для яких визначаються безконтактним оптико-електронним датчиком деформацій;

– для оцінки технологічних режимів напилювання запропоновано використовувати значення електроопору в перехідній зоні між покриттям і основою, що є можливим на основі оцінки амплітудної залежності внутрішнього тертя.

3. Отримано нові теоретичні та експериментальні дані, які дозволяють: установити якісні і кількісні параметри впливу технології нанесення та складу багатокомпонентних газотермічних покриттів на властивості поверхневого шару; оцінити вплив технологічних режимів процесу нанесення детонаційних покриттів і термоциклічних навантажень на якісні характеристики деталей; оцінити вплив параметрів вакуум-плазмової технології нанесення дискретних покриттів на їх фізико-механічні характеристики; установити взаємозв'язок впливу режимів електроіскрового легування з трибологічними властивостями покриттів. Проведені дослідження дозволили одержати ряд нових наукових положень:

– уперше встановлені закономірності та особливості протікання мікропроцесів у матеріалах при деформуванні багатокомпонентних газотермічних покриттів складного складу, що дозволяє моделювати їх фізико-хімічні та міцністні властивості з урахуванням технології їх нанесення;

– уперше запропонована методика пошуку оптимального матеріалу електроду при використанні методу електроіскрового легування, а також методика, що дозволяє забезпечити нанесення дискретних покриттів заданої суцільності. На основі експериментальних даних уточнено вплив технологічних параметрів нанесення покриття на трибологічні характеристики досліджуваних матеріалів;

– запропоновано методику, яка дозволяє забезпечити поліпшення текстури TiN покриттів. Визначення досконалості текстури за допомогою дифракційних ліній у конденсаті при зміні температури підкладки дозволило визначити оптимальні температурні зони підкладок, на які рекомендується наносити покриття для одержання максимальних міцністних характеристик;

– запропоновано технологічні рішення, які дозволили оптимізувати технологічні режими процесу детонаційного нанесення жаростійких покриттів на деталі з титанових сплавів, що дало можливість збільшити міцністні властивості покриттів і знизити собівартість їх виготовлення;

– установлено залежності впливу механічних властивостей матеріалу з теплозахисними покриттями від кількості циклів теплозмін, що дозволило оцінити термостабільність властивостей і визначити ресурс деталей з покриттям;

– запропонована конструкція і технологія нанесення теплозахисних покриттів на відповідальні деталі зі сталі і сплавів титану. При цьому встановлено, що товщина зовнішнього та проміжного шарів і пластичних підшарів впливає на довговічність створеної композиції. Застосування теплозахисних покриттів, отриманих за розробленою технологією нанесення, на деталях з титанових сплавів, дозволяє значно (у 2,1...3,0 рази) збільшити їх ресурс.

4. Результати проведених досліджень впроваджено на ряді підприємств різних галузей промисловості. Запропоновані технології нанесення покриттів і устаткування для контролю якості нанесеного поверхневого шару забезпечують підвищення якості і дозволяють значно збільшити надійність таких деталей, як складові частини турбін авіаційних двигунів, рухомого складу залізничного транспорту, машин і апаратів легкої промисловості, що працюють у різних експлуатаційних умовах. Реальний економічний ефект від впровадження становить 719 556 гривень.

Публікації автора:

1. Зенкин Н.А., Копылов В.И. Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов путем оптимизации упрочняющих технологий: Монография. – К.: Голов. спеціаліз. ред. літ. мовами нац. меншин України, 2002. – 272 с.

2. Молодик М.В., Зенкін М.А. Ремонт промислового обладнання: Підручник. – К.: Техніка, 2000. – 256 с.

3. Зенкін М.А., Піпа Б.Ф. Методи підвищення надійності та довговічності деталей та вузлів машин легкої промисловості: Підручник. – К.: КНУТД, 2003. – 264 с.

4. Обеспечение износостойкости в машиностроении. Учебное пособие / А.Н. Гладченко, Н.А. Зенкин, И.В. Шевеля и др. – К.: ІСДО, 1996. – 115 с.

5. Зенкін М.А., Оборський І.Л., Щербань Ю.Ю. Забезпечення працездатності та надійності машин: Навчальний посібник. – К.: КДУТД, 2001. – 87 с.

6. Кузнецов І.Б., Зенкін М.А. Оцінка функціональних можливостей вимірників енергетичних параметрів і обгрунтування можливості застосування для діагностики напружено-деформованого стану поверхневих шарів металу // Вимірювання та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 1998. – №4. – С. 156–160.

7. Зенкин Н.А., Куроптева Е.О., Моамун Шишани Оценка эффективности нанесения газотермических покрытий при упрочнении и восстановлении деталей // Механіка та машинобудування. – 1998. – №2. – С. 260–263.

8. Зенкин Н.А., Федин С.С., Тамими Хайдар Мусбах Математические методы определения оптимального уровня качества изделий на стадиях научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок // Международный сборник научных трудов “Прогрессивные технологии и системы машиностроения”. – Донецк: ДонГТУ. - 1999.- Вып.7.- С.68-75.

9. Бичкова К.М., Тамімі Хайдар, Зенкін М.А. Сучасна класифікація показників при оцінці якості продукції // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. – 1999. – №9–10. – С. 36–38.

10. Оптимизация технологии нанесения детонационных покрытий по критериям прочность-стоимость / Н.А. Зенкин, В.В. Ермолаев, Е.О. Куроптева, Моамун Бено Шишани // Технология приборостроения. – 1999. – №1. – С. 31–35.

11. Заміна бронзи в опорах ковзання на алюмінієві сплави з дискретними покриттями / Б.А. Ляшенко, М.А. Зенкін, В.І. Мірненко, М.С. Маценко // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”, Машиностроение. – 1999. – №37. – С. 169–174.

12. Зенкін М.А. Ефективність використання банку даних поверхневих зміцнюючих технологій у машинобудуванні // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. – 1999. – № 15 – С. 15–16.

13. Залежність якості дискретних покриттів від режимів електроіскрового легування / Б.А. Ляшенко, М.А. Зенкін, В.І. Мірненко, М.А. Маценко // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – 1999. – Выпуск 60. – С. 181–184.

14. Кузнецов І.Б., Зенкін М.А. Енергетичний метод сенсорної діагностики стадії передруйнування поверхні металевих деталей і вузлів машинобудування, апаратура для його реалізації // Вимірювання та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 1999. – №3. – С. 65–67.

15. Зенкін М.А. До питань динаміки зношування деталей машин // Вісник ДАЛПУ. – 1999. – №2. – С. 147–153.

16. Зенкін М.А., Єрмолаєв В.В., Шишані Моамун Бено Моделювання технологічного процесу детонаційного нанесення покриттів // Вісник технологічного університету Поділля. – 2000. – №3. – С. 45–49.

17. Підвищення службових властивостей деталей за допомогою методу електроіскрового легування / М.А. Зенкін, В.І. Мірненко, М.С. Маценко, К.О. Куроптєва // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”, Машиностроение. – 2000. – №39. – С. 182–186.

18. Зенкін М.А., Єрмолаєв В.В., Шишані М.Б. Відновлення деталей авіаційної техніки зносостійкими детонаційними покриттями // Технология приборостроения. – 2000. – №1. – С. 17–21.

19. Зенкін М.А., Куроптєва К.О. Вибір і оцінка характеристик міцності зміцнюючих покриттів // Вісник ДАЛПУ. – 2000. – №2. – С. 90–95.

20. Ляшенко Б.А., Зенкін М.А., Скрипка К.І. Від банку даних до баз знань у технології відновлення деталей машин // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2001. – №3. – С. 217–220.

21. Зенкін М.А., Ахмед Махмуд Гаванмех, Копаньова О.В. Стандартизація та уніфікація методів оцінки показників надійності за результатами скорочених випробувань // Вісник КДУТД. – 2001. – №1. – С. 125–128.

22. Зенкин Н.А., Куроптева Е.О. Методология выбора упрочняющих покрытий ответственных деталей машиностроения // Механіка та машинобудування. – 2002. – №1. – С. 184–191.

23. Куроптева Е.О., Зенкин Н.А., Долгов Н.А. Методология разработки нормативно-технической документации для контроля качества упрочняющих покрытий // Високі технології в машинобудуванні: Збірник наукових праць НТУ “ХПІ”. – 2002. – №1. – С. 181–185.

24. Зенкін М.А., Куроптєва К.О. Контроль якості зміцнювальних покриттів: створення нормативної бази // Стандартизація, сертифікація, якість. – 2002. – №1(16). – С. 30–33.

25. Зенкин Н.А., Куроптева Е.О. Мониторинг качества поверхностного слоя деталей, восстановленных различными методами упрочнения // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. Збірник наукових праць. Технічна серія. – К.: НТУ ТАУ. 2002.– Випуск 15. – С. 91–94.

26. Копылов В.И., Зенкин Н.А., Куроптева Е.О. Многокомпонентные композиционные газотермические покрытия с повышенными физико-химическими характеристиками // Резание и инструмент в технологических системах. – 2002. – № 61. – С. 90–100.

27. Кузнецов І., Зенкін М. Розробка технічних засобів для оцінки якості високонавантажених деталей і вузлів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технічних процесах. – 2002. – №2. – С. 28–33.

28. Лапач С.М., Зенкін М.А., Куроптєва К.О. Формалізований вибір зміцнюючих покриттів для виготовлення та відновлення деталей машин // Вісник КНУТД. – 2002. – №1. – С. 91–96.

29. Зенкин Н.А., Долгов Н.А. Влияние технологических режимов на упругие характеристики плазменных покрытий // Зб. наук. праць “Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин” (серія Г “Процеси механічної обробки, верстати та інструменти”). – К.: НАН України, ІНМ ім. В.М.Бакуля. – 2003. – С. 280–283.

30. Зенкін М.А. Підвищення надійності та довговічності деталей машин легкої промисловості сучасними технологічними методами // Вісник КНУТД. – 2003. – №2. – С. 22–29.

31. Вальков А.С., Зенкін М.А., Рутковський А.В. Основні технологічні параметри, що впливають на характеристики і властивості покриттів // Вісник ЖДТУ. – 2003. – Т.1 / Технічні науки., № 3 (27). – С. 3–7.

32. Зенкін М.А., Лапач С.М., Федіна К.О. Побудова математичних моделей для оцінки жаростійких покриттів // Механіка і машинобудування. – 2003. – Т.2., №1. – С. 221–227.

33. Рутковський А.В., Зенкін М.А., Сорока О.Б. Регулювання залишкових напруг у покриттях // Вісник Тхнологічного університету Поділля. – 2003. – Ч.2, №4. – С. 34–37 .

34. Зенкін М.А. Вплив технології формування газотермічного покриття на властивості міжфазної зони // Новини науки Придніпров’я. – 2003. – №5 . – С. 58–60.

35. Скрипка К.І., Зенкін М.А. Системний підхід до проектування та виробництва захисних покрить // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”). – 2003. – Вип. 3. – С. 303–308.

36. Зенкін М.А. Застосування детонаційного і плазмового методів нанесення захисних покриттів // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”, Машиностроение. – 2003. – №44. – С.170–173.

37. Мірненко В.І., Зенкін М.А., Рутковський А.В. Підвищення термомеханічних властивостей сплавів титану формуванням захисних покриттів // Вісник Тхнологічного університету Поділля. – 2004. – Частина 1., Т.3., Технічні науки. – №2. – С. 142–146.

38. Мірненко В.І., Рутковський А.В., Зенкін М.А. Автоматизована система контролю та управління дослідженням ізотермічної та термоциклічної повзучості // Технологические системы. – 2004. – № 3 (23). – С. 69–72.

39. Скрипка К.І., Зенкін М.А. Експертна система автоматизованого вибору способів відновлення спрацьованих деталей // Вісник ЖДТУ. Технічні науки. – 2004. – Т.1, №1. – С. 62–65.

40. Зенкін М.А. Системний підхід до проектування та отримання захисних покриттів, що зміцнюють поверхню деталей // Вісник КНУТД. – 2004. – № 6 (20). – С. 17–21.

41. Зенкин Н.А., Гринкевич К.Э. Комплекс диагностической аппаратуры и методология контроля параметров трибосистемы в динамических условиях испытаний // Контроль. Диагностика. – 2002. – №6. – С. 49–51.

42. Методика определения модуля упругости и коэффициента Пуассона покрытий с помощью оптико-электронного датчика деформаций / Н.А. Зенкин, Н.А. Долгов, В.Н. Боровицкий, В.А. Порев // Вестник машиностроения. – 2000. – №5. – С. 22–24.

Конкретний персональний внесок автора в працях, написаних у співавторстві полягає в обґрунтуванні наукових напрямків, формулюванні мети роботи, постановці задач, розробці методів досліджень, формулювання новизни та основних висновків за результатами роботи та узагальненні отриманих результатів досліджень. Зокрема в монографії [1] автором самостійно написано розділ 1 (за винятком параграфу 1.3), розділ 2, параграфи 3.1, 3.3, 3.5 розділу 3, розділ 4 (окрім параграфу 4.5), розділ 5. У підручнику [2] самостійно написано главу 2, главу 5, параграфи 1.2, 1.4, 3.4, 3.5, 4.4, 4.8, 4.10, 4.11, 4.18, 6.4 – 6.6, 10.2, 10.4, 11.4, а в підручнику [3] – главу 1, главу 2 (окрім параграфу 2.3), параграфи 3.1, 3.4. У навчальному посібнику [4] автором написане параграфи 1.3, 1.4, 2.1, розділ 3 та розділ 4, у навчальному посібнику [5] – параграфи 1.4, 1.5, 2.3, 4.2 та розділ 5.

У роботах [6, 14, 27, 33, 41, 42] автором запропоновано наукове обґрунтування, принципи здійснення та апаратура для контролю напружено-деформованого стану поверхневих шарів металу з покриттями, визначення модулю пружності та коефіціенту Пуассона покриттів, отриманих різними технологічними методами, а в [7, 26] обґрунтовано основні положення та методику оцінки ефективності нанесення газотермічних покриттів.

У статтях [37, 38] автором розроблено методику контролю та управління дослідженням ізотермічної та термоциклічної повзучості, розроблено апаратуру для його здійснення, у роботах [8, 21 – 25] – запропоновано методологію вибору зміцнюючих покриттів відповідальних деталей машин та сформульовано основні положення створення нормативної бази. У публікаціях [10, 18, 19] автором особисто розроблено наукові принципи вибору, оцінки характеристик міцності та запропоновано алгоритм оптимізації технології нанесення детонаційних покриттів при відновленні деталей авіаційної техніки за критерієм міцність-кошторис.

У роботах [16, 29, 31] автором сформульовані основні принципи моделювання технологічних процесів нанесення покриттів та визначено основні технологічні параметри, що впливають на характеристики і властивості покриттів, проведено узагальнення та аналіз отриманих результатів, а в статтях [9, 20, 28, 32, 35, 39] – запропоновано наукові основи формалізованого вибору зміцнювальних покриттів для виготовлення та відновлення деталей машин, принципи побудови математичних моделей для оцінки якості покриттів. Особистий внесок автора в роботах [11, 13, 17] полягає в розробці нових наукових підходів до методики оцінки впливу параметрів електроіскрового легування на якість отриманого дискретного покриття.