This experimental review discusses evolutionarily approved, naturally pre-designed skeletal architectures of marine keratosan sponges in the form of 3D scaffolds, which have garnered increasing interest in the fields of structural and functional biomimetics as well as in tissue engineering. It has been demonstrated that these renewable, ready-to-use natural scaffolds can undergo further modifications through specialized treatments such as metallization and carbonization, enabling the creation of functional biomaterials while maintaining the species-specific hierarchical 3D structure. The study presented remarkable findings, including the demonstration of the unique shape-memory behavior of these scaffolds even after two months of exposure to high mechanical pressure at temperatures exceeding 100 °C. Additionally, the cytocompatibility and biological performance of natural and carbonized (1200 °C) spongin scaffolds, derived from selected bath sponges, were comparatively investigated with respect to growth and proliferation of human MG-63 osteoblastic cells. Understanding whether carbonization universally enhances osteogenic capabilities or selectively amplifies the inherent architectural advantages remains to be critical for the rational design of sponge-derived scaffolds in bone and structural tissue engineering applications.

Nowadays, the application of protective coatings based on polymer materials is a widespread method of protecting products and parts of water transport from the effects of various environments and is used to increase their service life after repair and restoration work. Application as a base for polymer composite materials based on epoxy resins is considered relevant. To improve the adhesive and mechanical characteristics of polymer composites, their physical and chemical modification was carried out. In particular, it is promising from a practical point of view to introduce into the epoxy resin a microdispersed filler of synthesized aluminum-copper charge (SACC) with a negligible content. It was established that in order to obtain protective coatings or products for increasing the resource of water transport with increased indicators of adhesive and cohesive characteristics, it is necessary to form a composite with the following number of ingredients: epoxy oligomer – 100% by mass; hardener PEPA – 10% by mass; microdisperse filler synthesized aluminum-copper charge – 2 % by mass. The mechanism of activation of interphase interaction during crosslinking of materials due to the formation of chemical bonds between side groups and segments of the epoxy oligomer and active centers on the surface of particles, such as Al+, Cu+, CuAl2 and Al4C3 is substantiated. It is shown that the adhesive-cohesive properties of materials depend mainly on the volume of the boundary surface layers that are formed around the filler particles during the polymerization of composites. The density of such layers differs from the density of the initial ingredients - polymer and filler and is determined by the following criteria: the level of wetting of the dispersed particles with a low-viscosity Newtonian oligomer, their dispersion and specific surface area, the presence of active centers on the surface. A model of the formation of epoxy composites in the presence of a dispersed filler is proposed. The model assumes the gradual formation of boundary surface layers around filler particles. In particular, it is shown the possibility of forming a network structure of a polymer with supramolecular globular inclusions in a polymer system without a filler, as well as successive stages of structure formation of composites in the presence of a filler.

Для оцінки енергії адгезії взаємодіючих поверхонь при плазмовому напиленні порошкових матеріалів у системі «основа – плазмове покриття», запропоновані підходи перш за все, термодинамічний і електронно-статистичний. Був проведений аналіз поверхневих властивостей і оцінку процесів утворення міцних зв’язків і їх руйнування в умовах плазмового напилення із залученням розрахунково-експериментальних методів досліджень, отримані рішення, в загальному випадку, дозволили провести розрахунки значень енергії і сили адгезії, а також міцності зчеплення покриттів з основою. Розраховані п значення роботи адгезії Uа на основі фізичної моделі, яка враховує такі параметри напилення, як швидкість газового потоку, швидкість і розмір частинок, враховує співвідношення геометричних параметрів напилюваних частинок і мікрорельєфу поверхневих шарів основного матеріалу, їх фізико-механічні властивості. від параметрів частинок напилюваного матеріалу Представлена методика оцінки характеру руйнування та тріщиностійкості отриманих композитних матеріалів на базі розгляду енергетичного балансу системив момент виникнення тріщини. Метою досліджень в цьому напрямку є визначення коефіцієнтів тріщиностійкості К1с, інтенсивності вивільненої енергії G1с при розгляді балансу енергій у момент виникнення тріщини у різних ділянках системи основа-покриття. Шляхом введення до розрахунку критеріальних залежностей надається можливість прогнозування характеру руйнування системи на основі співвідношень коефіцієнтів тріщиностійкості К1с та деяких безрозмірних параметрів, що описують в сукупності розтріскування, відшарування, а також деформаційні процеси. Досліджені покриття в роботі показали високі значення в’язкості руйнування (G1с та К1с). Встановлено, що системи з ультрадисперсними наночастинками відзначаються підвищеною тріщиностійкістю. Наночастинки в багатофазному покритті сприяють утворенню міцних когезійних і адгезійних зв’язків як у самому покритті, так і в міжфазній області.

Досліджено загасання пружніх коливань в матеріалах з покриттями складної мікроструктури з наноскладовими у вигляді аеросилів. Для досліджень в якості основи були обрані прості і високолеговані сталі, а також армко-залізо, а для покриттів використовувалися одно- і багатокомпонентні порошки. Досліджувалися також покриття у вигляді композиційних систем на основі нанопорошків діоксиду кремнію SiO2 (аеросил), алюмоаеросилу та титанаеросилу (Al2O3∙SiO2, TiO2∙SiO2), позначені, як AlaL і TiaL, відповідно. Ці високодисперсні оксиди (наноматеріали) отримані методом пірогенного синтезу. Також була задіяна суміш, яка містила порошки Al2O3 та∙SiO2, компоненти яких були плаковані іонно-плазмовим способом мікрочастинками титану Ti та алюмінію Al – (Al2O3/Ti), (SiO2/Al). Аналіз властивостей системи покриття-основа проводиться на основі розрахунку параметрів дислокаційної структури, оцінки амплітудних залежностей внутрішнього тертя (АЗВТ), що дає можливість визначення механізмів впливу покриття на процеси руйнування та деформування і умови впливу покриттів на процеси зміцнення або розміцнення основного матеріалу. Визначено мікроструктурні параметри – амплітуда мікропластичної деформації (γ″кр ), параметри дислокаційної структури покриття та поверхневих шарів основи (с1, с2), що дозволяють оцінити роль покриття у процесах руйнування КМ. Збільшення здатності матеріалів до розсіювання запасеної пружної енергії після нанесення плазмових покриттів відбувається переважно для матеріалів з тими покриттями, структура яких має велику протяжність міжфазних границь. Це показано на прикладі багатокомпонентних покриттів, що містять наноскладові у вигляді нанопорошків. Нанесення покриття вносить принципіальні зміни в дефектну структуру як в поверхневих шарах матеріалу, прилеглих до зони контакту, так і глибинних шарів в об’ємі основного матеріалу.

У даній роботі, розглянуто комп’ютерне моделювання геометрії гвинтового профілю довгомірних трубчастих деталей у вигляді спряжень різних кривих, як повторюваний регулярний контур, що описано аналітично з визначенням точок дотику кожного спряження та переходу від однієї кривої до іншої. За допомогою програмного забезпечення “Profile Generator” виконано параметричне генерування ряду профілів в періодичному спряженні кривих евольвента – пряма – коло (дуга). Для обраних видів профілю застосовано технологічне устаткування для виготовлення довгомірних трубчастих виробів з внутрішнім каналом гвинтової геометрії та обраними видами геометричних спряжень кривих профілю. Застосовано внутрішню оправку, що забезпечує виготовлення довгомірних трубчастих виробів методами холодного пластичного деформування шляхом зовнішнього обтиснення на ній циліндричної заготовки повздовжнім та поперечним обкатуванням роликами за різними технологічними схемами. Виявлені преваги та недоліки кожного запропонованого методу, встановлені основні закономірності, які впливають на механічні властивості готових виробів. Уточнені силові фактори для процесу обробки де розглянута модель «оброблювана деталь – інструмент» в цілому. Запропоновано та реалізовано обробку шляхом зовнішнього обкатування на профільній оправці чотирьох, трьох та одно роликовим навантажувальним пристосуванням. Розроблено класифікацію найбільш поширених у застосуванні в різних галузях промисловості та побутовому використанні профільованих трубчастих виробів з складною геометрією як внутрішньої так і зовнішньої поверхні та наведено існуючі методи їх виготовлення з відповідним технологічним обладнанням, деформаційними властивостями матеріалу та структурою.

This study explores the process of the inductively coupled plasma spheroidization of aluminum powder. The task addressed relates to the complexity of spheroidization of low-melting materials, as well as to the growing need to use spheroidized powders from new materials in additive manufacturing, powder metallurgy, and gas-thermal coating. To define the process of particle spheroidization, a comprehensive approach was used, including experimental studies, analytical description of thermal processes, and numerical modeling using the COMSOL Multiphysics software environment. Based on the simulation results, parameters of the inductively coupled plasma, the regularities of heating, melting and crystallization of aluminum powder particles were determined. It was found that the full cycle of heating to the melting temperature and phase transition occurs over an extremely short time – on the order of 10-5 s to 10-4 s for a particle with a diameter of 50 μm. The temperature gradients inside the particles are insignificant, which contributes to their uniform melting and the formation of a spherical shape under the influence of surface tension forces. The key factors of the process are the plasma temperature and the time the particles spend in the high-temperature zone. The simulation results made it possible to establish technological modes of spheroidization: inductor current 40–42 A, current frequency 1.76 MHz, gas flow rate 5 l/s, gas pressure at the plasmatron inlet 13×10-3 MPa. The adequacy of the proposed modeling was confirmed by obtaining aluminum powder with a high degree of spheroidization (from 95% to 98%). The model built could be used to predict the process parameters and its further optimization in order to obtain spherical powders from other materials and fractions