Донбаська державна
машинобудівна академія

История лаборатории

К.х.н., доц. А.Г. Турчанин, 1974 г.

Научное направление “Исследование термодинамических свойств неорганических веществ” в тогда еще Краматорском индустриальном институте (КИИ) было основано в 1972 г. лауреатом государственной премии УССР, доктором химических наук, профессором Турчаниным А.Г. Под его руководством была создана лаборатория “Термодинамика тугоплавких соединений”, в которой проводились исследования термодинамических свойств карбидов и карбонитридов титана, циркония, гафния, ванадия, тантала, ниобия, хрома, молибдена, вольфрама.

После окончания с отличием металлургического факультета Донецкого политехнического института, обучения в аспирантуре в Институте проблем материаловедения НАН УССР и защиты диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия А.Г. Турчанин с 1971 г. работал в Краматорском индустриальном институте сначала в должности ассистента, затем старшего преподавателя (с 1972 г.), доцента (с. 1973 г.) и профессора (с. 1987 г.) кафедры химии. С 1977 г. заведовал кафедрой химии КИИ, с 1985 г. работал в должности проректора КИИ по учебной работе. В 1986 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия. В 1985 г. получил звание лауреата Государственной премии УССР в области науки и техники. Являлся членом секции научного Совета по проблеме «Порошковая металлургия и композиционные материалы» государственного комитета СССР по науке и технике. В 1988 г. был избран ректором КИИ.

К.х.н., доц. М.А. Турчанин, 1993 г.

В 1990 г. была создана лаборатория “Физико-химические свойства металлических расплавов”, которую возглавил кандидат химических наук, доцент Турчанин М.А. Основное направление исследований – изучение термодинамических свойств расплавов переходных металлов и моделирование фазовых равновесий в системах переходных металлов.

Турчанин М.А. в 1985 г. с отличием окончил химический факультет Киевского государственного университета им. Т.Г. Шевченко, в 1988 г. по окончании аспирантуры защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия, а с 1989 г работает в КИИ (впоследствии ДГМА) в должности старшего преподавателя, доцента (с 1994 г) и профессора (с 2007 г.).

В 1989 г. М.А. Турчанин предложил «Комплексную программу исследований термодинамических свойств жидких металлических расплавов». Согласно этой Программе в 1990 г. было сделано Техническое предложение по созданию высокотемпературной установки для исследования теплот образования металлических расплавов. В этом же году между ним и ректором КИИ д.т.н. проф. В.Ф. Потапкиным был заключен договор Х–06–90 НТР на выполнение работы «Создание высокотемпературной калориметрической установки для исследования термодинамических свойств жидких металлических расплавов». Таким образом, 1 февраля 1990 г. – когда начались работы по теме Х–06–90 НТР – можно считать Днем рождения лаборатории «Физико-химические свойства металлических расплавов».

Инженер Л.А. Сафронов

В основу конструкции созданной в КИИ экспериментальной установки было положено устройство калориметра, разработанного И.В. Николаенко и М.А. Турчаниным на кафедре физической химии химического факультета Киевского государственного университета им. Т.Г. Шевченко в период 1983–1985 гг. Калориметр был создан на базе вакуумной лабораторной печи сопротивления СШВЛ. Конструкция калориметрического датчика была защищена патентом СССР № 1783899 в 1986 г. Новая калориметрическая установка также была сконструирована на базе печи СШВЛ. Доработка узлов рабочей камеры печи и оснащение системы питания терморегулятором  РИФ-101 позволили поднять верхний температурный предел до 2000 К. В дальнейшем калориметрическая установка была оснащена электронной системой сбора данных Е-270 и подключена к персональному компьютеру. В создании калориметра принимали участие студенты металлургических специальностей КИИ.

В 1991 г. в результате участия в Конкурсе на выполнение поисковых, фундаментальных НИР в области химии, химической технологии, химического машиностроения (приказ Минвуза УССР № 243 от 25.12.1990 г.), который проводился в Киевском политехническом институте, было получено госбюджетное финансирование на проведение в 1991–1993 гг. работы «Исследование термодинамических свойств металлических расплавов на основе меди и 3d-переходных металлов». Выполнение этой работы требовало дальнейшего оснащения лаборатории и разработки ряда методик. В этот период большой вклад в совершенствование конструкции и техническое обслуживание калориметрической установки, а также в разработку методик подготовки экспериментальных образцов внес инженер Л.А. Сафронов.

Участие в разработке методик измерения и методик обработки экспериментальных результатов, равно как и в выполнении основного объема экспериментальных работ по теме, принял научный сотрудник С.В. Порохня.

Н. с. С.В. Порохня

Большой вклад в разработку методики статистической обработки результатов и необходимого программного обеспечения был сделан младшим научным сотрудником Л.В. Краснокутской. В ходе выполнения этой работы было впервые проведено систематическое исследование термодинамических свойств расплавов меди со скандием, титаном, ванадием, хромом, марганцем, железом, кобальтом, никелем и цинком, впервые установлены закономерности энергетики сплавообразования в ряду систем Cu–3d-металл и дано их объяснение с точки зрения природы химической связи.

В 1994 г. в рамках Третьего конкурса проектов фундаментальных научно-исследовательских работ в области «Научные основы перспективных технологий» и «Химия», проводившегося Государственным комитетом по науке и технике Украины, было получено финансирование на проведение в 1994–1995 гг. работы «Исследование термодинамических свойств жидких сплавов на основе переходных металлов». В этой работе внимание было уделено изучению термодинамических свойств расплавов с сильным межчастичным взаимодействием разносортных атомов, а именно, расплавам меди со скандием, титаном, иттрием, цирконием, лантаном и гафнием. В теоретическом плане объектом анализа стала температурная зависимость избыточных термодинамических функций смешения жидких сплавов и ее связь со склонностью расплавов данных систем к аморфизации. В этот период теоретический арсенал лаборатории пополняется освоением расчетов в рамках модели ассоциированного раствора.

Большой вклад в развитие нового математического подхода к решению задачи модели идеального ассоциированного раствора и разработку программного обеспечения для реализации расчетов был сделан доц. к.т.н. Г.Б. Билыком.

На этом этапе в коллектив лаборатории вливаются выпускники ДГМА И.В. Белоконенко и П.Г. Агравал, прошедшие в дальнейшем подготовку в аспирантуре.

Аспирант И.В. Белоконенко

Активное участие в обсуждении полученных научных результатов и подготовке статей к публикации принял доцент, к.х.н. И.В. Николаенко (кафедра Химии Национального университета Лесото, Южная Африка).

Выбранное ранее направление исследований было продолжено при выполнении в 1996–1999 гг. работы «Исследование теплофизических и физико-химических свойств жидких сплавов в процессах их взаимодействия между собой и формой», финансирование которой было получено в результате участия в Четвертом конкурсе проектов фундаментальных научно-исследовательских работ в области «Химия», проводившемся Государственным комитетом по вопросам науки, техники и промышленной политики и Государственным фондом фундаментальных исследований Украины.

С 1996 г. в лаборатории открывается аспирантура. Первым аспирантом стала И.В. Белоконенко, научная работа которой была посвящена исследованию и моделированию термодинамических свойств расплавов бинарных аморфообразующих систем. В 1999 г. аспирантом становится П.Г. Агравал.

Инженер П.Г. Агравал, 1996 г.

Развитию нового направления исследований лаборатории – проведению термодинамического описания систем и расчету фазовых равновесий – способствовало выполнение в 2000–2002 гг. работы «Исследование термодинамических свойств жидких сплавов и моделирование фазовых равновесий в системах на основе переходных металлов», финансирование которой осуществлялось за счет средств государственного бюджета в рамках координационного плана «Исследование кинетических, термодинамических и теплофизических свойств жидкостей, жидких растворов, нерегулярных жидких систем и фазовых превращений в них». Грант на проведение работы был получен вследствие участия в Конкурсе научно-исследовательских работ Министерства образования Украины на 2000–2002 гг. В ходе выполнения этой работы усилия были нацелены на экспериментальное установление температурной зависимости энтальпии смешения расплавов в системах с разным типом межчастичного взаимодействия, разработку методик ее моделирования и расчет равновесных (система Cu–Fe) и метастабильных (системы Cu–Fe, Co–Zr, Ni–Zr и Cu–Zr) фазовых превращений с участием жидкой фазы. Экспериментальные исследования и моделирование термодинамических свойств расплавов аморфообразующих систем и аморфных сплавов проводились в тесном сотрудничестве с учеными кафедры физической химии Технологического университета «Московский институт стали и сплавов» (Москва, Россия), в частности, научной группой, возглавляемой профессором И.А.Томилиным.

К.х.н., доц. М.А. Турчанин и аспирант МИСиС А.А. Турчанин проводят экспериментальные измерения энтальпии образования аморфных сплавов. Москва, 1997 г.

В последующие годы избранное направление экспериментальных и теоретических исследований было продолжено в работах «Исследование термодинамических свойств жидких сплавов и моделирование стабильных и метастабильных фазовых равновесий в системах на основе переходных металлов» (2003–2005 гг.), «Термодинамическое исследование многокомпонентных расплавов и моделирование их объемной аморфизации» (2006–2008 гг.), «Термодинамическое исследование расплавов на основе меди и железа и моделирование метастабильных фазовых превращений в них» (2009–2011 гг.), госбюджетное финансирование которых было получено в рамках конкурсов фундаментальных научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Украины по секции «Химия». Данные работы были направлены на термодинамическое описание двухкомпонентных систем меди с переходными металлами (системы Cu–Sc, Cu–Ti, Cu–V, Cu–Cr, Cu–Mn, Cu–Co, Cu–Ni, Cu–Zr), изучение и моделирование термодинамических функций смешения трехкомпонентных расплавов аморфообразующих систем (Cu–Ti–Zr, Cu–Fe–Ti, Cu–Ni–Ti, Cu–Ni–Zr, Ni–Ti–Zr) и систем меди с железом (Cu–Fe–V, Cu–Fe–Cr, Cu–Fe–Co, Cu–Fe–Ni), способных формировать специфические оболочечную и дисперсно-капельную структуры. Выполненный в них анализ температурно-концентрационной зависимости термодинамических функций смешения, проведенные термодинамические описания систем и результаты моделирования фазовых превращений с участием равновесных и метастабильных фаз были нацелены на развитие фундаментальных основ получения различных функциональных материалов, оценку концентрационных областей и технологических условий их получения.

Выполненные в лаборатории исследования по физической химии металлических расплавов, а также теории металлургических и литейных процессов стали фундаментом для выполнения ряда квалификационных работ и диссертаций. Первой из них стала защищенная в 2003 г. дипломная работа магистра Ю.Г. Конник

Первый магистр Лаборатории Юлия Конник

«Исследование температурно-концентрационной зависимости термодинамических свойств и моделирование фазовых равновесий в системе медь–кобальт». В 2004 г. П.Г. Агравал защитил диссертационную работу «Температурно-концентрационная зависимость термодинамических свойств жидких сплавов кобальта, никеля и меди с титаном, цирконием, гафнием» на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия. В этот период состав лаборатории пополняется выпускниками кафедры ТОЛП, прошедшими в лаборатории подготовку в рамках программы Одаренный студент ДГМА и выполнивших в ней магистерские дипломные проекты по направлению «Металлургия» А.Р. Абдуловым и Л.А. Древаль.

Абдулов А.Р., 2004 г. Древаль Л.А., 2007 Молодое пополнение Лаборатории

В 2007 г. М.А. Турчанин защитил диссертацию «Термодинамика жидких сплавов меди с переходными металлами» на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия и был удостоен ученого звания профессор кафедры технологии и оборудования литейного производства. В 2008 г. после окончания обучения в аспирантуре А.Р. Абдулов защитил диссертацию «Термодинамические свойства расплавов Cu–Ti–Zr, Cu–Ni–Ti, Cu–Fe–Ti и моделирование их склонности к аморфизации» на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия. В 2011 г. Л.А. Древаль подготовила к защите диссертацию «Термодинамические свойства жидких сплавов меди и железа с хромом, кобальтом и никелем».

Все годы существования лаборатории большое внимание уделяется работе со студентами. Свидетельством тому является большое число студенческих и магистерских студенческих работ, которые становились победителями и призерами всеукраинских и международных конкурсов. Всероссийский конкурс дипломных проектов, дипломных работ и магистерских диссертаций в области металлургии (МИСиС, Москва):     Абдулов А.Р. «Металлургия–2004» (2005 г.) – первое место; Древаль Л.А. «Металлургия–2007» (2007 г.) – первое место; Таган Л.В. «Металлургия–2008» (2008 г.) – первое место. Всеукраинский конкурс выпускных магистерских работ по направлению «Металлургия» (НМетАУ, г. Днепропетровск): Солорев А.А. (2007 г.) – победитель; Соловьев Н.В. (2009 г.) – победитель. Всеукраинский конкурс студенческих научных работ в отрасли «Металлургия» по направлению «Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов»: Соловьев Н.В. (2009 г.) – диплом первой степени; Гонтаренко П.О. (2010 г.) – диплом второй степени; Онищенко И.А. (2010 г.) – диплом второй степени; Мирошниченко Ю.Н. (2011 г.) – диплом первой степени; Терентьева А.В. (2011 г.) – диплом второй степени.

Сотрудники лаборатории поддерживают тесные творческие связи с ведущими научными группами Украины. В частности, с кафедрой Физической химии химического факультета Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, отделом Физической химии неорганических материалов Института проблем материаловедения имени И.Н. Францевича Национальной академии наук Украины (НАНУ), отделом Фазовых равновесий Института металлофизики имени В.Г. Курдюмова НАНУ, отделом физико-химических основ получения сверхтвердых материалов Института сверхтвердых материалов имени В.М. Бакуля НАНУ.

В 2008 г. на базе лаборатории были проведены Первая и Вторая школа-семинар «Термодинамическое описание систем и расчет фазовых диаграмм», участие в работе которых принимали ведущие специалисты и молодые ученые Украины и России. Программа школ-семинаров включала в себя рассмотрение вопросов моделирования термодинамических свойств фаз, термодинамического моделирования фазовых равновесий и расчета диаграмм состояния двухкомпонентных и трехкомпонентных систем с использованием CALPHAD метода.

Участники Первой школы-семинара «Термодинамическое описание систем и расчет фазовых диаграмм», Краматорск, 2008 г.

Еще одной стороной научной деятельности сотрудников Лаборатории является тесное международное сотрудничество, которое осуществляется в рамках Materials Science International Team (MSIT) – международной команды ученых, которая объединяет более 200 специалистов в области физической химии, материаловедения, химической термодинамики и строения вещества из 20 стран мира (www.msiport.com).

 MSIT выполняет долгосрочные программы Binary Evaluation Program и Ternary Evaluation Program, которые предусматривают накопление и экспертный анализ информации про структуру, свойства фаз и диаграммы состояния двух-, трех- и многокомпонентных систем, выявление противоречивых и установление достоверных данных на основе современных знаний. Результаты исследований и выполняемые в рамках проекта MSIT экспертные оценки трехкомпонентных металлических систем включены в европейские справочные издания Landolt-Boernsteine Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology, выпускаемые издательством Springer, по следующим направлениям: сплавы легких металлов, сплавы благородных металлов, сплавы на основе меди, припойные материалы, сплавы на основе железа, сплавы тугоплавких металлов.

Результатом сотрудничества ученых Лаборатории и MSIT стали совместные исследования и публикации в рамках осуществляющихся программ, доступ к информационным источникам (специализированной базе данных и статьям в журналах), регулярное участие в международных семинарах, организация международных научных командировок и стажировок.

В 2012 г. Указом Президента от 18 мая 2012 года № 329/2012 авторскому коллективу в составе Булановой М.В, Иванченко В.Г., Казимирова В.П., Носенко В.К., Петруши И.А., Роика А.С., Сокольського В.Э., Судавцовой В.С., Туркевича В.З., Турчанина М.А. присуждена Государственная премия Украины в области науки и техники за 2011 год за работу Многокомпонентные системы для создания новых материалов: структура, термодинамика, фазовые равновесия. Целью работы являлось развитие физико-химических основ создания высокоэффективных конструкционных и функциональных материалов для электроники, металлургии, сварки и металлообработки.

В различные годы в работе лаборатории ФХМСР принимали участие следующие сотрудники КИИ и ДГМА – В.И. Бондар, С.Б. Ленкевич, О.В. Приходько, В.П. Сидоров, А.Н. Фесенко, С.Н. Элоян, а также осваивали основы научной работы студенты кафедры ТОЛП – С.О. Алиев, С.В. Владова, Л.В. Горбанева, Е.А. Григоренко, П.О. Гонтаренко, Д.В. Кожушко, А.В. Кохан, Ю.Н. Мирошниченко, В.М. Несчетный, Н.В. Соловьев, А.А. Солорев, А.В. Терентьева, О.Н. Чернобай, С.В. Шевченко, И.А. Шпарева. Их имена не упомянуты в этой исторической справке, но сотрудники Лаборатории с теплотой помнят их вклад в наши общие успехи.