vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-319Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSМЕТОДЫ ИНЖЕНЕРИИ ПОВЕРХНОСТИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ИЗНАШИВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙMETHODS OF SURFACE ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGIES FOR IMPROVED RESOURCE OF WEAR SURFACESВитязьП. А.VityazP. A.

академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, руководитель Аппарата Национальной академии наук Беларуси

Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Head of Staff of the National Academy of Sciences of Belarus

vitiaz@presidium.bas-net.byЖорникВ. И.ZhornikV. I.

доктор технических наук, доцент, заведующий лабораторией

D. Sc. (Engineering), Assistance Professor, Head of Laboratory

zhornik@inmash.bas-net.byПрезидиум Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of BelarusОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus201709102017033046Copyright © Витязь П.А., Жорник В.И., 20172017Витязь П.А., Жорник В.И.Vityaz P.A., Zhornik V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/319

Изложены физико-химические основы формирования наноструктурного состояния материала и описаны технологические приемы получения наноструктурированных материалов и покрытий, используемые в методах инженерии поверхности. Приведена информация о степени влияния режимов обработки при газотермическом напылении, электрохимическом осаждении, микродуговом оксидировании, трибомеханической обработке и фрикционном плакировании гибким инструментом на процессы формирования структурно-фазового состояния и уровень свойств поверхностного слоя. На основе проведенных исследований создано новое поколение технологий поверхностной инженерии. Формируемые покрытия и поверхностные слои сохраняют стабильность структурно-фазового состояния в условиях высоких нагрузок и температур и способны длительное время противостоять изнашиванию, термическому и коррозионному воздействию. Показаны примеры практической реализации разработанных методов инженерии поверхности и нанотехнологий для промышленных предприятий. Более чем на 50 предприятиях Беларуси, России, Кореи и других стран созданы производственные мощности и освоены технологии нанесения покрытий и модифицирования поверхностных слоев активированными методами инженерии поверхности. Использование разработанных наноструктурированных материалов и покрытий, а также методов и средств реализации технологий инженерии поверхности позволяет поднять технический уровень создаваемой машиностроительной техники, снизить себестоимость ее производства и повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.

 

The physical and chemical basis of formation of nanostructured state of material are represented and processing methods of nanostructured materials and coatings used in surface engineering are described. The information about the degree of influence of treatment regimes of gas-thermal spraying, electrochemical deposition, microarc oxidation, tribomechanical treatment and frictional cladding by a flexible tool on the processes of formation of structural-phase state and the level of the surface layer properties is given. A new generation of surface engineering technologies on the basis of the research is developed. The formed coating and surface layers maintain stability of structural-phase state under high loads and temperatures and have high wear resistance, thermal resistance and corrosion resistance for a long time. The examples of practical implementation of the developed methods of surface engineering and nanotechnologies for industrial plants are shown. Manufacturing sites are built and the developed technologies of coating application and modification of the surface layers by the activated surface engineering methods are used in more than 50 enterprises of Belarus, Russia, Korea and other countries. The using of developed nanostructured materials and coatings as well as methods and means of surface engineering technologies allows increasing the technical level of the engineering techniques, reducing the cost of production and improving the competitiveness of products.

инженерия поверхностиструктурно-фазовое состояниенаноструктурированные материалы и покрытиягазотермическое напылениеэлектрохимическое осаждениемикродуговое оксидированиетрибомеханическая обработкафрикционное плакирование гибким инструментомsurface engineeringstructural-phase statenanostructured materials and coatingsgas-thermal sprayingelectrochemical depositionmicroarc oxidationtribomechanical treatmentfrictional cladding by flexible toolReferencesВитязь, П. А. Наноструктурированные материалы и покрытия в инженерии поверхности / П. А. Витязь, В. И. Жорник // Наноструктурные материалы – 2016: Беларусь – Россия – Украина: НАНО-2016 : материалы V Международной научной конференции, Минск, 22–25 ноября 2016 г. – Минск: Беларус. навука, 2016. – С. 11–13.Vityaz P. A., Zhornik V. I. Nanostructured materials and coatings in the surfaces engineering. Nanostrukturnye materialy – 2016: Belarus’ – Rossiia – Ukraina: NANO-2016 : materialy V Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, Minsk, 22– 25 noyabrya 2016 g. [Nanostructured materials – 2016: Belarus – Russia – Ukraine: NANO-2016: materials of the V International Scientific Conference, Minsk, November 22–25, 2016]. Мinsk, Belaruskaya navuka Publ., 2016, pp. 11–13 (in Russian).Белый, А. В. Инженерия поверхности конструкционных материалов концентрированными потоками ионов азота / А. В. Белый, В. А. Кукареко, А. Патеюк. – Минск: Беларус. навука, 2007. – 244 с.Belyi A. V., Kukareko V. A., Pateyuk A. Surfaces engineering of construction materials by concentrated flows of nitrogen ions. Мinsk, Belaruskaya navuka Publ., 2007. 244 p. (in Russian).Суслов, А. Г. Инженерия поверхности деталей / А. Г. Суслов. – М.: Машиностроение, 2008. – 320 с.Suslov A. G. Surfaces engineering of details. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2008. 320 p. (in Russian).Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 192 с.Andrievskii R. A., Ragulya A. V. Nanostructured materials. Moscow, Publishing Center “Academy”, 2005. 192 p. (in Russian).Рыжонков, Д. И. Наноматериалы / Д. И. Рыжонков, В. В. Лёвина, Э. Л. Дзидзигури. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 365 с.Ryzhonkov D. I., Levina V. V., Dzidziguri E. L. Nanomaterials. Moscow, BINOM Publ., 2010. 365 p. (in Russian).Суздалев, И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И. П. Суздалев. – М.: Либроком, 2009. – 592 с.Suzdalev I. P. Nanotechnology. Physico-chemistry of nanoclusters, nanostructures and nanomaterials. Moscow, Libercom Publ., 2009. 592 p. (in Russian).Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. – М.: Физматлит, 2005. – 416 с.Gusev A. I. Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies. Moscow, Fizmatlit Publ., 2005. 416 p. (in Russian).Морохов, И. Д. Физические явления в ультрадисперсных средах / И. Д. Морохов, Л. И. Трусов, В. Н. Лаповник. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 224 с.Morokhov I. D., Trusov L. I., Lapovnik V. N. Physical phenomenon in ultradispersed medium. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984. 224 p. (in Russian).Модифицирование материалов и покрытий наноразмерными алмазосодержащими добавками / П. А. Витязь [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2011. – 527 с.Vityaz P. A., Zhornik V. I., Kukareko V. A., Komarov A. I., Seniut’ V. T. Modification of materials and coatings by the nanosized diamond contained additives. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2011. 527 p. (in Russian).Колмаков, А. Г. Основы технологий и применения наноматериалов / А. Г. Колмаков, С. М. Баринов, М. И. Алымов. – М.: Физматлит, 2012. – 208 с.Kolmakov A. G., Barinov S. M., Alymov M. I. Fundamentals of technologies and applications of nanomaterials. Moscow, Fizmatlit Publ., 2012. 208 p. (in Russian).Новые ресурсосберегающие технологии и композиционные материалы / Ф. Г. Ловшенко [и др.].– М.: Энергоатомиздат ; Гомель: БелГУТ, 2004. – 519 с.Lovshenko F. G., Panteleenko F. I., Rogachev A. V., Struk V. A. New resource-saving technologies and composite materials. Moscow, Energoatomizdat Publ. ; Gomel, Belarusian State University of Transport, 2004. 519 p. (in Russian).Валиев, Р. З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р. З. Валиев, И. В. Александров. – М.: Логос, 2000. – 272 с.Valiev R. Z., Aleksandrov I. V. Nanostructured materials produced by intensive plastic deformation. Moscow, Logos Publ., 2000. 272 p. (in Russian).Панин, В. Е. Физическая мезомеханика и неравновесная термодинамика как методологическая основа нано- материаловедения / В. Е. Панин, В. Е. Егорушкин // Физ. мезомеханика. – 2009. – № 4. – С. 7–26.Panin V. E., Egorushkin V. E. Physical mesomechanic and nonequilibrium thermodynamics as methodological basis of nanomaterials. Fizicheskaia mezomekhanika = Physical mesomechanics, 2009, no. 4, pp. 7–26 (in Russian).Ионно-индуцированные структурные изменения в высокоориентированном пироуглероде / А. М. Борисов [и др.]. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2004. – № 4. – С. 13–17.Borisov A. M., Virgaliev Iu. S., Mashkova E. S., Nemov A. S., Pitirimova E. A., Khokhlov A. F. Ion-induced structural changes in the highly oriented pyrocarbon. Poverkhnost’. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neitronnye issledovaniia = Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2004, no. 4, pp. 13–17 (in Russian).Витязь, П. А. Основы нанесения износостойких, коррозионно-стойких и теплозащитных покрытий / П. А. Витязь, А. Ф. Ильющенко, А. И. Шевцов. – Минск: Белорус. наука, 2006. – 363 с.Vityaz P. A., Il’iushchenko A. F., Shevtsov A. I. Fundamentals of wear-resistant, corrosion-resistant and thermal barrier coatings. Мinsk, Belaruskaya navuka Publ., 2006. 363 p. (in Russian).Витязь, П. А. Повышение износостойкости поверхностей трения трибомодифицированием в среде смазки с наноразмерными алмазосодержащими добавками / П. А. Витязь, В. И. Жорник, В. А. Кукареко // Современные перспективные материалы / под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: УО ВГТУ, 2011. – С. 146–184.Vityaz P. A., Zhornik V. I., Kukareko V. A. Increase of wear resistance of surfaces by tribomodification in presence of grease with nanosized diamond contained additives. Klubovich V. V. (ed.). Perspektivnye tekhnologii [Advanced technologies]. Vitebsk, Vitebsk State Technological University, 2011, pp. 146–184 (in Russian).Vitiaz, P. A. Laser-plasma techniques in computer-controlled manufacturing / P. A. Vitiaz, M. L. Kheifetz, S. V. Koukhta. – Minsk: RUE «Publ. House «Belorus. nauka», 2011. – 164 р.Vityaz P. A., Kheifetz M. L., Koukhta S. V. Laser-plasma techniques in computer-controlled manufacturing. Minsk, Belorusskaya nauka Publ., 2011. 164 р. (in Russian).Витязь, П. А. Упрочнение газотермических покрытий / П. А. Витязь, Р. О. Азизов, М. А. Белоцерковский. – Минск: Бестпринт, 2004. – 192 с.Vityaz P. A., Azizov R. O., Belotserkovsky M. A. Hardening of gas-thermal coatings. Мinsk, Bestprint Publ., 2004. 192 p. (in Russian).Повышение ресурса трибосопряжений активированными методами инженерии поверхности / П. А. Витязь [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2012. – 452 с.Vityaz P. A., Zhornik V. I., Belotserkovsky M. A., Levantsevich M. A. Increase of resource of tribojoining by the activated methods of surface engineering. Мinsk, Belaruskaya navuka Publ., 2012. 452 p. (in Russian).Структурно-фазовые превращения в газотермических покрытиях в процессе их напыления и последующей электроконтактной обработки / М. И. Черновол [и др.] // Проблемы тертя та зношування. – 2015. – Вип. 2 (67). – С. 99–109.Chernovol M. I., Vorona T. V., Mikosianchik O. A., Lopata L. A. Structure-phases transformations in gas-thermal coatings during spraying and subsequent electrocontact treatment. Problemy tertia ta znoshuvannia = Problems of friction and wear, 2015, no. 2 (67), pp. 99–109 (in Russian).Белоцерковский, М. А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий / М. А. Белоцерковский. – Минск: Технопринт, 2004. – 200 с.Belotserkovsky M. A. Technologies of activated gas-flame spraying of antifriction coatings. Мinsk, Technoprint Publ., 2004. 200 p. (in Russian).Витязь, П. А. Теоретические предпосылки активирования процесса газопламенного напыления спутными потоками / П. А. Витязь, М. А. Белоцерковский // Порошковая металлургия : сб. науч. тр. – Минск: Беларус. навука, 2010. – Вып. 33. – С. 232–241.Vityaz P. A., Belotserkovsky M. A. Theoretical background of activating of gas-flame spraying by cocurrent flows. Poroshkovaya metallurgiya: sb. nauch. tr. [Powder metallurgy collection of scientific papers]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2010, no. 33, pp. 232–241 (in Russian).Влияние ионно-лучевого азотирования на структурно-фазовое состояние и триботехнические свойства экономичных газотермических покрытий из проволочных сталей различных классов / В. А. Кукареко [и др.] // Трение и износ. – 2013. – Т. 34, № 6. – С. 621–627.Kukareko V. A., Belotserkovsky M. A., Belyi A. V., Grigorchik A. N. Effect of ion-beam nitriding on structure, phase state, and tribological behavior of efficient thermal spray coatings deposited from various classes of rod steels. Journal of Friction and Wear, 2013, vol. 34, no. 6, pp. 475–480. Doi: 10.3103/s1068366613060093Закономерности диффузии азота в процессе ионно-лучевого азотирования газотермического покрытия из аустенитной стали 06Х19Н9Т / А. Н. Григорчик [и др.] // Механика машин, механизмов и материалов. – 2016. – № 2. – С. 75–80.Grigorchik A. N., Kukareko V. A., Belyi A. V., Belotserkovsky M. A., Khina B. B. Regularities of diffusion of nitrogen during ion-beam nitriding of gas-thermal coating produced from austenitic steel 06H19N9T. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov = Mechanics of machines, mechanisms and materials, 2016, no. 2, pp. 75–80 (in Russian).Витязь, П. А. Создание износостойких упрочняющих покрытий микродуговым оксидированием, непосредственной и последующей модификацией углеродными наноматериалами / П. А. Витязь, А. И. Комаров, В. И. Комарова // Перспективные технологии / под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: УО ВГТУ, 2011. – С. 114–148.Vityaz P. A., Komarov A. I., Komarova V. I. Formation of wear-resistance hardening coatings by microarc oxidation, immediate and subsequent modification by carbon nanomaterials. Klubovich V. V. (ed.). Perspektivnye tekhnologii [Advanced technologies]. Vitebsk, Vitebsk State Technological University, 2011, pp. 114–148 (in Russian).Применение наноструктурных материалов и активированных методов инженерии поверхности для создания современных объектов техники / П. А. Витязь [и др.] // Механика машин, механизмов и материалов. – 2012. – № 3/4. – С. 46–66.Vityaz P. A., Basiniuk V. L., Belotserkovsky M. A., Zhornik V. I., Komarov A. I., Kukareko V. A., Levantsevich M. A. Use of the nanostructured materials and activated methods of surfaces engineering for production of modern technical objects. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov = Mechanics of machines, mechanisms and materials, 2012, no. 3–4, pp. 46–66 (in Russian).Zhornik, V. I. Tribomechanical Modification of Friction Surface by Running-In Lubricants with Nano-Sized Diamonds / V. I. Zhornik, V. A. Kukareko, М. А. Belotserkovsky // Advances in Mechanics Research / ed. Jeremy M. Campbell. – New York: Nova Science Publishers, Inc., 2011. – Vol. 1. – Р. 1–78.Zhornik V. I., Kukareko V. A., Belotserkovsky М. А. Tribomechanical Modification of Friction Surface by RunningIn Lubricants with Nano-Sized Diamonds. Campbell J. M. (ed.). Advances in Mechanics Research. Vol. 1. New York, Nova Science Publishers, Inc., 2011, pp. 1–78.Белевский, Л. С. Пластическое деформирование поверхностного слоя и формирование покрытия при нанесении гибким инструментом / Л. С. Белевский. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогор. лицея РАН, 1996. – 230 с.Belevskii L. S. Plastic deformation of surface layer and formation of coating during cladding by the flexible tool. Маgnitogorsk, Publishing House of Magnitogorsk Lyceum of Russian Academy of Sciences, 1996. 230 p. (in Russian).Анцупов, В. П. Теория и практика плакирования изделий гибким инструментом / В. П. Анцупов. – Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 1999. – 241 с.Antsupov V. P. Theory and practice of cladding of products by the flexible tool. Маgnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov, 1999. 241 p. (in Russian).Триботехнические свойства тонких металлических покрытий с наноразмерными наполнителями / П. А. Витязь [и др.] // Трение и износ. – 2004. – Т. 25, № 6. – С. 593–601.Vityaz P. A., Levantsevich M. A., Maksimchenko N. N., Bodrykh T. I., Stepanova L. I. Tribotechnical properties of think metal coatings with nanosized fillers. Trenie i iznos = Journal of Friction and Wear, 2004, vol. 25, no. 6, pp. 593–601 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.