КИЇВСЬКИЙ національний університет технологій та дизайну

Куроптєва Катерина Олегівна

УДК 006.015.5:621.78.001.8

розробка нормативної бази комплексної оцінки якості

жаростійких покриттів

Спеціальність 05.01.02 – стандартизація та сертифікація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі метрології, стандартизації та сертифікації Київського національного університету технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Зенкін Микола Анатолійович, Київський національний університет технологій та дизайну, доцент кафедри інженерної механіки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Камінський Віктор Юлійович, Український науково-дослідний інститут стандартизації, сертифікації та інформатики (УкрНДІССІ) Держстандарту України, директор (м. Київ)

кандидат технічних наук Рутковський Анатолій Віталійович, Інститут проблем міцності Національної академії наук України, науковий співробітник (м. Київ)

Провідна установа – Національний університет “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України (м. Львів)

Захист відбудеться 05.11.2002 р. о12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.102.01 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, вул Немировича-Данченка, 2, корпус № 1, 3-й поверх, конференц-зал.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Київського Національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, вул. Немировича-Данченка, 2, ауд. 1-0428.

Автореферат розісланий 04.10.2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Г. І. Хімічева

Загальна ХАРАКТЕРИСТИКА роботи

Актуальність теми. Підвищення надійності відповідальних деталей, що працюють при високих температурах, є актуальною задачею, яка останнім часом успішно вирішується шляхом застосування жаростійких покриттів, нанесених на робочу поверхню таких деталей методами газотермічного напилювання і вакуумного осадження. До експлуатаційної надійності деталей з нанесеним покриттям висувають високі вимоги, що, у свою чергу, викликає необхідність отримання оперативної та достовірної інформації про якість покриття нанесеного на деталі, що надходять на складальну дільницю.

Якість жаростійких покриттів доцільно оцінювати за рахунок створення і застосування нормативної бази розрахунків та випробувань, що базуються на сучасних методах оцінки якості й основних положеннях стандартів ДСТУ ISO 9001-2001. Однак сучасна нормативна документація (НД) встановлює порядок проведення випробувань лише одиничних властивостей покриттів і, як правило, не дає можливості комплексно вивчити покриття як систему, де взаємодіють внутрішнє і зовнішнє середовища, склад покриття та його структура, сумісність матеріалів підложки та покриття, технологія нанесення тощо.

Аналіз науково-технічної літератури показав, що задача комплексної оцінки якості покриттів є складноформалізованою і може бути охарактеризована масивом суперечливої інформації про їхні одиничні властивості. Тому вирішення зазначеної задачи можливе шляхом систематизації даних про дефектність одиничних властивостей і оцінки ступеня їхнього спільного впливу на експлуатаційну надійність покриттів, призначених для роботи при термічних циклічних навантаженях, з використанням аналітичних залежностей, що враховують корельованість досліджуваних властивостей.

Таким чином, проведення досліджень в галузі удосконалення розрахункових і експериментальних методів комплексної оцінки якості жаростійких покриттів і розробка на їх основі принципів створення нормативної документації, що регламентує порядок їх проведення, є актуальною задачею сучасної стандартизації та сертифікації і становить безперечний науковий та практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота відповідає науковому напряму досліджень Київського національного університету технологій та дизайну на тему “Дослідження особливостей деформації та розробка методичних заходів для визначення комплексу характеристик пластичності та міцності крихких та малопластичних покриттів в умовах локального навантаження жорстким індентором” (держ. реєстр. № 0100U006037).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка принципів створення нормативної бази, яка дає можливість комплексно оцініти якість жаростійких покриттів із урахуванням дефектів, що виникають у зміцненому шарі відповідальних деталей.

Для реалізації мети автором були поставлені і вирішені такі задачи:

1. Систематизовано дані щодо дефектності одиничних властивостей і на основі регресійного аналізу проведена оцінка ступеня їх впливу на експлуатаційну надійність покриттів, призначених для роботи при високих температурах.

2. Обґрунтовано і запропоновано рекомендації щодо вибору основних характеристик якості, що найбільше впливають на експлуатаційну надійність покриттів, нанесених різними газотермічними методами.

3. На основі методів кореляційного аналізу розроблена розрахункова методика оцінки якості жаростійких покриттів, що дає можливість проводити їх порівняльний аналіз за сукупністю контрольованих характеристик, і є невід'ємним елементом системи підтримки прийняття рішення щодо доцільності застосування того чи іншого покриття за заданих умов експлуатації.

4. Із урахуванням отриманих аналітичних залежностей та експериментальних даних обґрунтовані і запропоновані принципи створення нормативної документації, що регламентує порядок проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів.

5. Розроблено і доведено до рівня використання в інженерній практиці алгоритмічне і математичне забезпечення нормативної документації, що дає можливість у виробничих умовах оперативно вирішувати задачи оцінки якості покриттів, отриманих методами газотермічного напилювання і вакуумного осадження.

Об'єкт дослідження. Нормативне забезпечення випробувань жаростійких покриттів.

Предмет дослідження. Оцінка якості жаростійких покриттів.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувалися фундаментальні положення стандартизації, сертифікації, кваліметрії, технології машинобудування, методи статистичного контролю якості продукції та системного аналізу.

Експериментальні дослідження ґрунтувалися на використанні стандартних методик із застосуванням контрольно-вимірювальної апаратури. Результати експериментальних досліджень опрацьовували з використанням методів кореляційного аналізу за допомогою сучасного програмного забезпечення.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в новому підході до розробки принципів і методів оцінки якості жаростійких покриттів, які було нанесено різноманітними газотермічними методами, з використанням методів системного аналізу, що зробило можливим удосконалення існуючої нормативної бази випробувань покриттів в умовах, які імітують експлуатаційні.

На основі встановленого взаємозв'язку кількісного значення основних дефектів, що виникають у поверхневому шарі покриттів, та їх експлуатаційної надійності обґрунтовано та запропоновано використовувати міцність зчеплення покриття з основою і мікротвердість як основні властивості для оцінки якості нанесеного покриття. Розроблено розрахункову методику оцінки якості покриттів, яка відрізняється від відомих тим, що дає можливість визначити ймовірність випадення досліджуваної характеристики за межі її нижнього і верхнього нормативних значень з урахуванням фактичного закону розподілу і взаємозв'язку характеристик.

Проведені теоретичні й експериментальні дослідження дали підстави розробити нормативну документацію, яка регламентує порядок проведення випробувань жаростійких покриттів і опрацьовування отриманих даних за запропонованою розрахунковою методикою.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено нормативну документацію, яка дає можливість оцінювати якість покриттів, призначених для роботи при термічних циклічних навантаженнях, з урахуванням взаємозв'язку контрольованих властивостей і умов експлуатації деталі зі зміцненим шаром.

Запропоновано алгоритм вибору матеріалу і технології нанесення покриття та оцінки його якості, який може бути застосований конструкторами та технологами під час проектування покриттів.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень апробовані на машинобудівних підприємствах, які випускають відповідальні деталі авіаційних двигунів.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні теоретичних та експериментальних задач, пов'язаних з розробкою методик, алгоритмів і нормативної бази оцінки якості жаростійких покриттів з використанням методів системного підходу. Автором самостійно розроблена математична модель, яка дозволяє оцінити ступінь впливу властивостей жаростійких покріттів на їх експлуатаційну надійність, розрахункова методика комплексної оцінки якості жаростійких покриттів, нормативна документація, що регламентує порядок проведення випробувань, алгоритм вибору матеріалу та технології нанесення покриттів.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи були представлені на науково-технічних конференціях, зокрема, на Міжнародному семінарі-виставці “Современные материалы, технологии, оборудование и инструменты в машиностроении” (Київ, 1999 р.), 8-й Міжнародній науково-технічній конференції “Технологии ремонта машин, механизмов, оборудования” (Ялта, 2000 р.), Третьому міжнародному конгресі “Mechanical Engineering Technologies” (Софія, 2001 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Стандартизація, сертифікація, управління якістю продукції: Теорія та практика” (cмт. Партенит, Крим, 2001 р.), Другій промисловій міжнародній науково-технічній конференції “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях” (сел. Славське, Карпати, 2002 р.), XII міжнародному науково-технічному семінарі “Високі технології: тенденції розвитку” (Алушта, 2002 р.), “Якість, стандартизація, контроль: теорія та практика” (Ялта, пмт. Гаспра, 2002 р.), а також на науково-методичних конференціях Київського національного університету технологій та дизайну і семінарах кафедри метрології, стандартизації та сертифікації протягом 1998 – 2002 рр.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 праць, у тому числі 7 – у наукових спеціалізованих виданнях ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, основних результатів і висновків, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг дисертації складає 156 стор., робота містить 18 рисунків на 14 стор., 13 таблиць на 7 стор. та 4 додатки на 22 стор. Список використаних джерел складається з 104 найменувань.

зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність наукової проблеми оцінки якості жаростійких покриттів, подано стислу характеристику загального стану і методів її вирішення. Відзначено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі автором проведений критичний аналіз робіт Авдєєва М. В., Внукова Ю. М., Девіса Р., Калмуцького В. С., Клименка С. А., Ляшенка Б. А., Мортенсена О., Новикова М. В., Хермана Г., Хокінга М., Ямпольського А. М. та інших учених, присвячених питанням використання жаростійких покриттів.

Встановлено, що вчасне виявлення дефектів жаростійких покриттів, які призводять до руйнування зміцненого шару, основними з яких є відшаровування, розтріскування, пори, значно розширить можливості з реалізації стратегії експлуатації та ремонту деталей реактивних двигунів ракет, авіаційних двигунів тощо. До експлуатаційної надійності таких деталей з нанесеним покриттям висувають високі вимоги, що викликає необхідність проведення оцінки якості його нанесення. Якість нанесеного покриття значною мірою залежить від взаємодії внутрішнього і зовнішнього середовища, складу покриття та його структури, сумісності матеріалів підложки та покриття і т. ін.

Слід зазначити, що існуючі розрахункові методики з оцінки якості покриттів, у тому числі і жаростійких, дають можливість одержати інформацію тільки про дефектність одиничних властивостей, таких як міцність зчеплення покриття з основою, міцність покриття при розтягуванні, пористість, мікротвердість. Крім того, такі методики не враховують реальні зв'язки між усіма характеристиками, а імовірність випадання контрольованої характеристики визначається або при нижньому, або при верхньому нормативному значенні. Таким чином, сьогодні завдання оцінки якості зводиться до визначення того, чи досліджувана характеристика менша, дорівнює чи більша від деякого нормативного значення для всіх кривих розподілів, що не дає можливості одержати об'єктивну інформацію про якість нанесеного покриття.

Проведений аналіз сучасної нормативної документації випробувань газотермічних покриттів свідчить, що вони, як правило, спрямовані на вимірювання зазначених вище властивостей покриттів. Необхідно також зауважити, що порядок проведення випробувань, спрямованих на вимірювання міцності покриття при розтягуванні, модуля пружності покриття й основи, коефіцієнта Пуассона, недостатньо чітко регламентований нормативною документацією. Такий підхід передбачає вирішення локальних завдань, що не дозволяє оцінити покриття як систему з урахуванням усіх факторів, які впливають на його якість. На даний час існують окремі розробки, спрямовані на отримання інформації про комплекс міцнісних властивостей жаростійких покриттів, що дає можливість скоротити кількість випробувань та імітувати умови експлуатації деталі з нанесеним покриттям. Однак відсутність нормативної документації, яка встановлює порядок проведення таких випробувань, ускладнює їх широке використання у виробничих умовах.

Таким чином, для одержання комплексної оцінки якості нанесеного покриття доцільно систематизувати дані про дефектність одиничних властивостей і оцінити ступінь їх впливу на експлуатаційну надійність жаростійких покриттів, що дасть можливість, у свою чергу, вибрати основні характеристики, які впливають на якість покриття, і удосконалити існуючі методи їх оцінки, значно скоротивши кількість випробувань.

Проведений аналіз науково-технічної літератури і нормативної документації дозволив сформулювати мету і задачі досліджень, вирішення яких зробить можливим проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів.

У другому розділі наведено результати теоретичних досліджень, спрямованих на розробку принципів побудови нормативної бази комплексної оцінки якості нанесеного покриття й одержання залежностей, що дають можливість оцініти ступінь впливу основних властивостей на експлуатаційну надійність покриттів, які працюють під дією термічних циклічних навантажень.

Теоретичні дослідження ставили за мету одержати залежності для оцінки ступеня впливу на експлуатаційну надійність жаростійких покриттів таких властивостей як пористість, міцність зчеплення покриття з основою, мікротвердість, коефіцієнт термічного розширення. Зокрема, з використанням методів регресійного аналізу було отримано багатофакторну регресійну модель лінійного вигляду:

, (1)

яка дозволяє описати взаємозв'язок жаростійкості, яка була обрана як залежна змінна Y, і перерахованих вище властивостей покриттів , які були обрані як незалежні змінні (фактори) із урахуванням коефіцієнтів регресії , , , та вільного члену .

Рівні варіювання факторів одержували шляхом збирання й аналізу апріорної інформації про кількісні значення кожної незалежної змінної і відгуку. Коефіцієнти рівняння регресії оцінювалися з використанням методу найменших квадратів.

Аналіз рівняння регресії, яке враховує вплив пористості, міцності зчеплення покриття з основою, мікротвердості, коефіцієнта термічного розширення, наведеного в роботі, показав, що воно має недостатню інформативність, а значення коефіцієнтів при показниках пористості та коефіцієнту термічного розширення мають невеликі значення. Тому, після додаткових досліджень, наведених у роботі, структура математичної моделі, яка описує вплив властивостей жаростійких покриттів на їх експлуатаційну надійність, має вигляд:

Y = 3,89659+9,22759x2u3+2,52993x3, (2)

де: x2 = 0,0321932( X2 - 48,0625 ); Х2 – міцність зчеплення покриття з основою; u3 = 3,24389(x33 + + 0,0146209Чx32 - 0,702609(x3 - 0,00373972 ); x3 = 0,00342906( X3 - 608,375); Х3 – мікротвердість.

Результати перевірки адекватності отриманого рівняння регресії за критерієм Фішера наведені у табл. 1, а в табл. 2 і 3 наведені результати оцінки інформативності і стійкості отриманої моделі.

Таблиця 1 -

Аналіз адекватності отриманої моделі

Остаточна дисперсія 1,47231

Дисперсія відтворюваності 0,145563

Розрахункове значення F-критерію 9,14397

Рівень значущості F-критерію для адекватності для ступенів свободи v1=5, v2 = 8 0,05

Табличне значення F-критерію для адекватності 5,98738

Табличне значення F-критерію (при відсутності додаткових випробувань) 1,71248

Таблиця 2 -

Аналіз інформативності отриманої моделі

Частка розсіювання 0,839465

Коефіцієнт множинної кореляції 0,916223

F-відношення для коефіцієнта множинної кореляції 13,0729

Рівень значущості F-критерію для інформативності для ступенів свободи v1=5, v2=8 0,05

Табличне значення F-критерію для інформативності 5,786148

Таблиця 3 -

Таблиця мультіколінеарності

Ім'я регресора Максимальний коефіцієнт кореляції з іншим регресором Ім'я регресора, з яким досягнуто максимального коефіцієнта кореляції Коефіцієнт кореляції з відгуком

x2u3 0,294206 x3 0,838071

X3 0,294206 x2u3 0,723014

Число зумовленості COND=1,7266

Як видно з рівняння регресії (2), найбільше на жаростійкість покриття впливає взаємодія міцності зчеплення покриття з основою і мікротвердості, що сприяє їх використанню як основних характеристик при оцінці якості жаростійких покриттів.

Для оцінки впливу основних дефектів на якість нанесеного жаростійкого покриття запропоновано дефектність покриття визначати як імовірність випадання контрольованої характеристики за область її нижнього та верхнього нормативних значень. З урахуванням апріорної визначеності щодо характеру закону розподілів їх значень залежність для визначення дефектності має вигляд:

. (3)

Функція Лапласа визначається за стандартними таблицями, а коефіцієнт імовірнісної якості обчислюється за формулою:

, (4)

де – математичне очікування контрольованої характеристики; – середнє квадратичне відхилення контрольованої характеристики.

Наведені залежності справедливі для випадків, коли закон розподілу значень контрольованих характеристик підкоряється нормальному. Однак у деяких випадках, як показали теоретичні дослідження, спостерігаються відхилення від нормального закону розподілу. Тому при визначенні якості покриттів розрахунок імовірності випадання контрольованої характеристики за область її нормативних значень необхідно здійснювати з огляду на фактичні закони розподілу. Для цього пропонується використовувати поправочні коефіцієнти на асиметрію та ексцес , що визначаються відповідно:

, (5)

, (6)

де – щільність нормального розподілу, визначена за стандартними таблицями.

З урахуванням введених виправлень залежність (3) набирає вигляду:

. (7)

Для проведення комплексної оцінки якості покриттів необхідно враховувати взаємозв'язок досліджуваних властивостей, які характеризують величину дефектів поверхневого шару. У цьому випадку розрахунок коефіцієнта імовірнісної якості необхідно проводити з урахуванням виправлення у вигляді коефіцієнта множинної кореляції R між контрольованою та іншими досліджуваними характеристиками:

. (8)

Тоді дефектність покриття за сукупністю досліджуваних характеристик варто визначати:

, (9)

де n – число контрольованих характеристик ;–

імовірність випадення контрольованої характеристики за межі її нормативних значень і .

У роботі на основі аналітичних залежностей обґрунтовані принципи використання і розроблена розрахункова методика порівняльної оцінки якості нанесеного покриття за комплексом різних властивостей, що дає можливість проводити об'єктивний вибір покриттів, які відповідають усім висунутим вимогам. Отримані залежності можуть бути використані для визначення рівня дефектності з урахуванням взаємозв'язку досліджуваних характеристик, їхнього верхнього і нижнього нормативного значень та фактичного закону розподілу.

Для проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів в роботі запропоновано структуру нормативного забезпечення, що регламентує методику проведення випробувань, реєстрацію й опрацювання даних, а також оцінку якості нанесення покриття за сукупністю властивостей, яка наведена на рис. 1. Як видно з рисунку, структура нормативного забезпечення, що пропонується, містить технічні умови (ТУ) на виріб, нормативну документацію на конструкційні матеріали, використовувані для нанесення покриттів, стенди й устаткування для проведення випробувань, порядок проведення випробувань жаростійких покриттів, методи розрахунків оцінки якості та відповідне програмне забезпечення.

Запропонована структура нормативного забезпечення комплексної оцінки якості забезпечить функціонування системи підтримки прийняття рішення при виборі матеріалу та технології нанесення покриттів.

Слід зауважити, що з метою удосконалення сучасної нормативної документації випробувань жаростійких покриттів, а саме визначення їх механічних властивостей, потрібно провести спеціальні дослідження, що дозволять встановити порядок проведення випробувань та запропонувати нормативний документ, використання якого дозволить значно зменьшити кількість випробувань та підвисити достовірність їх результатів.

Рис. 1. Структурна схема нормативного забезпечення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів

У третьому розділі наведені дані результатів експериментальних досліджень, метою яких було підтвердження теоретичних положень і проведення комплексної оцінки якості нанесеного покриття. Для дослідження було вибрано покриття на основі алюмомагнезійної шпінелі (MgAl2O4), нанесеного методом газополуменевого напилювання, оксиду алюмінію (Al2O3) та цирконату магнію (MgOЧZrO2), нанесених методом плазмового напилювання.

Імовірність випадення основних характеристик якості жаростійких покриттів за межі їхніх нормативних значень оцінювали за результатами проведення комплексних випробувань, під час яких були отримані значення мікротвердості, міцністних і пружних властивостей жаростійких покриттів.

Для випробувань міцнісних та пружних властивостей покриттів використовувалися стандартні плоскі зразки з нержавіючої сталі, виготовлені відповідно до ГОСТ 3248-81. Для кожного виду покриттів було виготовлено по 30 зразків. Перед нанесенням покриття зразок піддавали дробеструмінній обробці.

Перед випробуваннями проведена серія вимірів для визначення площі поперечного перерізу зразка, які дозволили отримати усереднені значення ширини, товщини і довжини покриття.

Зразки з нанесеними покриттями піддавали термоциклічним випробуванням на установці з променевим нагріванням у замкнутій оптичній системі відповідно до ДСТУ 2637-94. Мінімальну і максимальну температури циклу, швидкість нагрівання й охолодження, навантаження в робочому перерізі зразка вибирали так, щоб імітувати умови роботи деталей ракетного двигуна.

Після термоциклічних випробувань зразки з покриттям витримували до встановлення кімнатної температури, а потім визначали комплекс механічних властивостей системи основа – покриття, зокрема, міцності зчеплення покриття з основою (), міцності покриття при розтягуванні (), модуля пружності і коефіцієнта Пуассона. Випробування проводили на установці, що було створено на базі модернізованої випробувальної машини FM – 1000.

Для вимірювання поздовжньої деформації основи і покриття на попередньо знежиреній поверхні зразка за допомогою клею фіксували тензодатчики типу КФ-5П паралельно поздовжній осі симетрії зразка; для вимірювання поперечної деформації – перпендикулярно до поздовжньої осі симетрії. Потім зразок з покриттям встановлювали в захвати розривної машини і піддавали розтягуванню. Деформацію величиною до 3% реєстрували тензометричною апаратурою типу ЦТМ-5; для вимірювання деформації більше 3використовували оптичний катетометр типу КМ-8. Для визначення моменту руйнування системи основа – покриття за сигналами акустичної емісії використовували прилад типу АФ-15 та п'ятиканальний самописець типу Н3020-5.

В протоколі випробувань фіксували деформації, при яких відбулося відшарування і розтріскування покриття та деформацію основи і покриття в пружній ділянці. Результати експериментальних досліджень опрацьовувалися відповідно до методики, розробленої в Інституті проблем міцності НАН України. Випробування для визначення мікротвердості покриттів проводили у відповідності до ГОСТ 9450-76.

Аналіз результатів за запропонованою розрахунковою методикою, дозволив зробити висновок, що серед покриттів на основі алюмомагнезійної шпінелі, оксиду алюмінію та цирконату магнію кращим за сукупністю властивостей варто визнати покриття на основі оксиду алюмінію, оскільки таке покриття має найменше значення дефектності, отримане за розрахунковою методикою (табл. 4).

Проведені експериментальні дослідження дали можливість розробити рекомендації зі створення нормативної документації, що регламентує порядок проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів.

Таблиця 4 -

Результати комплексної оцінки якості жаростійких покриттів

Покриття на основі Р

Al2O3 21,37 8,04 123,28 43,49 2010 471,28 0,05

MgAl2O4 25,37 8,05 70,28 43,45 6530 1080 0,19

MgOЧZrO2 17,52 7,64 30,30 27,37 4460 1840 0,54

Запропонована нормативна документація встановлює вимоги до покриття, матеріалу основи, зразка для проведення випробувань, умови виконання контролю якості. У документі також наведено пристрій, технічні дані і принципи роботи устаткування для випробування жаростійких покриттів, методика проведення випробувань та визначення коефіцієнта Пуассона покриття й основи, модуля пружності, міцності зчеплення покриття з основою і міцності покриття при розтяганні за допомогою спеціальних аналітичних залежностей. Варто зауважити, що суттєвою перевагою запропонованої методики є можливість визначати пружні та міцністні властивості на одному зразку в результаті одного випробування. Визначення дефектності покриття за сукупністю характеристик здійснюється за розрахунковою методикою, яка пропонується у теоретичній частині дисертаційної роботи.

У четвертому розділі розглянуто та вирішено питання, пов'язані з використанням на практиці отриманих теоретичних та експериментальних результатів.

З метою практичної реалізації розробленої нормативної бази комплексної оцінки якості жаростійких покриттів розроблено систему підтримки прийняття рішення щодо вибору технології нанесення покриття і подальшого контроля його якості, яка може бути застосована конструкторами та технологами під час проектування покриттів, визначення їх дефектності та здійснення порівняльного контролю їх якості. Блок-схему алгоритму вибору наведено на рис. 2. Як видно з рисунка, використовуючи базу даних визначають клас деталі і формулюють умови її експлуатації. Виходячи з умов експлуатації, визначають основні властивості покриття і формують множину можливих типів покриттів. Згідно отриманої множини визначають критерії якості покри-

Рис. 2. Блок-схема алгоритму вибору технології нанесення покриття та оцінки його якості

ття відповідно до нормативної документації й оцінюють його дефектність за розрахунковою методикою, запропонованої в теоретичній частині дисертаційної роботи. За отриманими результатами значень дефектності будують рейтинг покриттів і вибирають ті, які найбільше відповідають усім висунутим вимогам.

Використання запропонованого алгоритму дозволить врахувати велику кількість умов, які впливають на вибір матеріалу та технології нанесення покриття, вибрати покриття з максимально можливої кількості покриттів-кандидатів, зменьшити ризик помилок при виборі, здійснити порівняльний аналіз якості покриттів за сукупністю їх характеристик.

Таким чином, використовуючи запропонований алгоритм, можна одержати найоптимальнішу технологію нанесення покриття. При цьому необхідно зазначити, що результат роботи значною мірою залежить від формалізації завдання, тобто від того, наскільки точно визначено конструкторсько-технологічні, екологічні та економічні вимоги.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. У результаті теоретичних і експериментальних досліджень розкрито закономірності та встановлено залежності, які дають можливість оцінити ступінь впливу різних властивостей покриттів, нанесених методами газотермічного напилювання і вакуумного осадження, на їх експлуатаційну надійність, що дозволило запропонувати як основні характеристики для оцінки якості покриттів використовувати міцність зчеплення покриття з основою і мікротвердість.

2. Розроблена й експериментально підтверджена можливість використання розрахункової методики, що дозволяє, з урахуванням корельованості контрольованих характеристик, їх верхнього і нижнього значень та фактичного закону розподілу, комплексно оцінювати якість жаростійких покриттів та проводити об'єктивний вибір кращих покриттів.

3. Запропоновано структуру нормативного забезпечення, яка включає технічні умови до виробу, нормативну документацію на конструкційні матеріали, стенди й устаткування для проведення випробувань, розрахункові методи оцінки якості покриттів із урахуванням експлуатаційних вимог та відповідне програмне забезпечення.

4. У результаті проведених експериментальних досліджень встановлено порядок проведення випробувань механічних властивостей жаростійких покриттів, що дало можливість розробити нормативну документацію комплексної оцінки якості жаростійких покриттів. Структурно документ пропонується формувати з розділів, які встановлюють вимоги до умов проведення контролю якості та регламентують методику проведення випробувань, опрацьовування результатів і порядок визначення дефектності покриття за сукупністю досліджуваних характеристик.

5. Розроблено алгоритм вибору технології нанесення покриття і контролю його якості з урахуванням конструкторсько-технологічних, економічних та екологічних вимог. Результати досліджень доведені до рівня використання в інженерній практиці, що дає можливість оперативно у виробничих умовах вирішувати завдання, пов'язані з оцінкою якості жаростійких покриттів.

список опублікованих праць за темою дисертації

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

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

3. Зенкін М. А., Куроптева Е. О. Вибір і оценка характеристик міцності зміцнюючих покриттів // Вісник ДАЛПУ. - 2000. - № 2. - С. 90 - 95.

4. Зенкин Н. А., Куроптева Е. О., Остапчук В. Н. Технологические методы повышения работоспособности подшипников скольжения транспортных дизелей // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. - 2000. - Вип. . - С. 40 - 46.

5. Зенкин Н. А., Ермолаев В. В., Куроптева Е. О, Маамун Х. Бакир Шишиани Оптимизации технологии нанесения детонационных покрытий по критериям прочность-стоимость // Технология приборостроения. - 1999. - № 1. - С. 31 - 35.

6. Зенкин Н. А., Куроптева Е. О., Моамун Шишиани Оценка эффективности методов нанесения газотермических покрытий при упрочнении и восстановлении деталей // Механіка та машинобудування. - Харків. - 1998. - № 2. - С. 260 - 263.

7. 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”. - Харків. - 2002. - Вип. 1(5) - С. 181 - 185.

8. Куроптева Е. О., Долгов Н. А., Зенкин Н. А. Разработка стандарта для комплексной оценки качества жаростойких покрытий // Матеріали другої міжнародної конференції “Якість, стандартизація, сертифікація”. - К.: АТМ України. - 2002. - С. 118-121.

9. Зенкин Н. А., Куроптева Е. О. Анализ методов оценки качества упрочняющих покрытийМатериалы 2-й промышленной международной научно-технической конференции “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”.- К.: УИЦ “Наука. Техника. Технология”. - 2002. - С. 125 - 126.

10. Куроптева Е. О., Зенкин Н. А., Стадник Н. В. Основные характеристики покрытий и методы их оценки // Сучасні інформаційна та енергозберігаючі технології життезабезпечення людини: Зб. наук. праць - К.: ФАДА ЛТД, 2000. - Вип. 7. - С.105 - 107.

11. Зенкин Н. А., Стадник Н. В., Куроптева Е. О. К вопросу оценки качества жаростойких покрытий // Материалы 8-й международной научно-технической конференции “Технологии ремонта машин, механизмов, оборудования”. - К.: АТМ Украины, 2000. - С. 32 - 33.

12. Зенкин Н.А., Куроптева Е. О., Моамун Х. Бакир Шишиани Ремонт и восстановление деталей машин применением газотермических покрытий // Тезисы докладов Международного семинара-выставки “Современные материалы, технологии, оборудование и инструменты в машиностроении”. - К.: АТМ Украины. - 1999. - С.48 - 49.

АНОТАЦІЯ

Куроптєва Катерина Олегівна. Розробка нормативної бази комплексної оцінки якості жаростійких покриттів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 – стандартизація та сертифікація. – Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2002.

Дисертація присвячена вирішенню питань, пов'язаних з розробкою нормативної бази для комплексної оцінки якості жаростійких покриттів, нанесених різноманітними газотермічними методами.

У результаті теоретичних досліджень встановлено, що на експлуатаційну надійність покриттів, нанесених методами газотермічного напилювання і вакуумного осадження, найбільше впливає взаємодія міцності зчеплення покриття з основою і мікротвердості. Розроблено розрахункову методику, за допомогою якою можна проводити порівняльний аналіз якості покриттів і оцінювати дефектність нанесеного покриття з урахуванням взаємозв'язку контрольованих характеристик.

Запропоновано структуру нормативного забезпечення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів, що містить технічні умови на виріб, нормативну документацію на конструкційні матеріали, використовувані для нанесення покриттів, стенди й устаткування для проведення випробувань, порядок проведення випробувань жаростійких покриттів, розрахункові методи оцінки якості та відповідне програмне забезпечення.

Експериментальні дослідженя, що їх було проведено, дали змогу розробити нормативну документацію, яка регламентує порядок проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів.

Для підтримки прийняття рішень щодо вибору матеріалу і технології нанесення покриття, а також оцінки його якості розроблено алгоритм, порядок дій якого включає встановлення класу деталі, умов її експлуатації, визначення критичних властивостей покриття, дефектності покриття, відповідності покриття, що проектується, висунутим технічним, економічним та екологічним вимогам.

Ключові слова: нормативна документація, комплексна оцінка якості, жаростійкі покриття, випробування покриттів, технологія нанесення покриттів.

Аннотация

Куроптева Екатерина Олеговна. Разработка нормативной базы комплексной оценки

качества жаростойких покрытий. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 – стандартизация и сертификация. – Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2002.

Диссертация посвящена решению проблемы комплексной оценки качества жаростойких покрытий. В результате теоретических исследований установлено, что наибольшее влияние на эксплуатационную надежность покрытий, полученных методами газотермического напыления и вакуумного осаждения, оказывают прочность сцепления покрытия с основой и микротвердость. Разработана расчетная методика, позволяющая проводить сравнительный анализ качества покрытий и оценивать дефектность нанесенного покрытия с учетом взаимосвязи контролируемых характеристик, их верхнего и нижнего нормативного значения, а также фактического закона распределения.

Предложена структура нормативного обеспечения комплексной оценки качества жаростойких покрытий, включающая техническое условие на изделие, нормативную документацию на конструкционные материалы, стенды и оборудование для проведения испытаний, расчетные методы оценки качества, а также соответствующее программное обеспечение.

Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать и предложить нормативную документацию, регламентирующую порядок проведения комплексной оценки качества жаростойких покрытий. Структурно документ предлагается формировать разделами, устанавливающими требования к покрытию, материалу основы и образцу для проведения испытаний, условиям проведения контроля качества, устройству и работе оборудования для испытаний жаростойких покрытий, а также методике проведения испытаний, обработке результатов и порядку определения дефектности покрытия.

Для поддержки принятия решений относительно выбора материала и технологии нанесения покрытия, а также последующей оценки его качества разработан алгоритм, порядок действий которого включает установление класса детали, условий ее эксплуатации, определение критических свойств покрытия, определение дефектности покрытия, определение соответствия проектируемого покрытия предъявляемым техническим, экономическим, экологическим требованиям. Использование предложенного алгоритма позволит учесть все факторы, влияющие на выбор материала и технологию нанесения покрытия, уменьшить количество ошибок при выборе, выбрать покрытие из максимально возможного списка покрытий-кандидатов, а также выполнить сравнительный анализ покрытий по совокупности свойств.

Ключевые слова: нормативная документация, комплексная оценка качества, жаростойкие покрытия, испытания покрытий, технология нанесения покрытий.

The summary

Kuropteva Katerina O. – Development of normative base for complex quality estimation of heat-resistant coatings. – The manuscript.

The thesis for obtaining the scientific degree of Candidate of Technical Science on the specialty 05.01.02 – Standardization and certification. – Kiev National University of Technologies and Design, Kiev, 2002.

The thesis is devoted to the solving of the problem of a complex quality estimation of heat-resistant coatings.

As it was determined during the theoretical researches the adhesive strength and microhardness have a more influence on operate reliability of coatings that were been drawn by methods of gas-thermal sputtering and vacuum deposition. The calculating method that allows to realize the complex quality estimation of a coatings and to estimate an unsoundness of drawn coating taking into account correlation of controlled characteristics was worked out.

The normative maintenance structure of complex quality estimation of heat-resistant coatings was proposed. The normative maintenance structure contains a technical order on a detail, normative documentation on a structural materials, that are used for coatings drawing, testing equipment, the order of heat-resistant coatings testing, the calculating quality estimation methods and the software.

The experimental researches carried out allow to work out the normative documentation to regulate the order of complex quality estimation of heat-resistant coatings.

In order to support a decision-making relative to choosing of a material and technology of a coating drawing and its subsequent quality estimation the algorithm was worked out. The precedence rule of the algorithm includes establishment of a detail class, its external environment, determination of critical coating properties, coating unsoundness, technical, economical and ecological requirements.

Key words: normative documentation, complex quality estimation, heat-resistant coatings, coating tests, coating drawing technology.