Рассчитаны кривые растекания (КР) для пузырьков диаметрами (de) 1 мм и 1 мкм на подложках с различной смачиваемостью: от предельно гидрофобной (Г) до предельно гидрофильной (Ф), а также с неполной смачиваемостью (Нх), где х = 0,8; 0,6; 0,4 и 0,2 – доля монослоя ионогенного собирателя под пузырьком. Расчеты проводились на основе результатов численного решения уравнения Лапласа в виде 12-значных таблиц типа таблиц Башфорта и Адамса. Они показали, что, во-первых, полученные КР тождественны рассчитанным ранее для пузырьков с de = 20 и 10 нм и, таким образом, форма КР неизменна в диапазоне 105 , т.е. практически для всех флотационных пузырьков, а во-вторых, что формы КР и их взаимное расположение зависят от смачиваемости подложки. Кривые растекания четко иллюстрируют преимущества прилипания к пузырьку подложки Г по сравнению с подложкой Ф, а в случае Нх – преимущество подложки с большей долей х. Количественно показано, что даже при малом растекании прилипших к частице нанопузырьков сила их прилипания возрастает в миллиарды раз и на их возросших периметрах могут закрепиться крупные пузырьки и привести частицу к флотации. Если же прилипание крупных пузырьков к нанопузырькам произойдет до растекания последних, то они вместе оторвутся и частица не сфлотирует. По такому механизму флотировались частицы в процессах братьев Бессель, Поттера–Дельпра и двух процессах Ф. Эльмора в конце XIX и начале XX столетий. Рассмотрена перспектива повышения эффективности и экономичности современной пенной флотации путем активации флотации частиц не только нанопузырьками, но и более крупными пузырьками. 

Публикуется в порядке обсуждения. Части 1–5 опубликованы соответственно в [1–5].

Обоснован способ переработки сульфидно-металлических расплавов, включающий их грануляцию и последующий электролиз гранул. Кристаллизация с высокой скоростью обеспечивает образование ультрадисперсной структуры и стабилизацию нестехиометрических высокотемпературных фаз, что ведет к увеличению реакционной способности гранул при последующей гидрометаллургической переработке. В растворе серной кислоты электролизом гранулированного медно-никелевого файнштейна, имеющего соотношение меди к никелю, равное 1 : 1, на катоде выделен порошок меди, а на аноде – серосульфидный (NiS–Сu9S5–Cu7S4–S) шлам. Оценено влияние плотности тока и продолжительности процесса на показатели электролиза и качество выделяемого медного порошка. Серосульфидный шлам (содержащий более 50 % серы) образует на поверхности гранул пассивирующий слой, препятствующий подводу реагентов и отводу продуктов реакций из зоны взаимодействия. При анодной плотности тока до 100 А/м2 обеспечен перевод металлов в раствор и формирование на катоде медного порошка, отвечающего марке ПМС-1. Порошок представлен частицами дендритной и осколочной форм размером от 1 до 100 мкм. Качественный медный порошок образован при насыщении электролита по никелю до 28,0 г/дм3 . Анодный выход по току по сере равен 37 %, а катодный по меди – 92,8 %. Процесс рекомендован для разделения меди и никеля при переработке сульфидно-металлических сплавов. Содержание меди в растворе в ходе электролиза колебалось в пределах 0,4–2,0 г/дм3 .

Указаны преимущества карботермического способа вскрытия перовскитового концентрата в сравнении с гидрометаллургическими методами. Отмечены работы, в которых использовался карботермический способ. Даны сведения о существующих способах переработки перовскита, которые не нашли применения в промышленности. Приведены результаты исследования вскрытия титанового сырья на примере искусственно синтезированного перовскита CaO·TiO2. Синтез искусственного перовскита проводили в муфельной печи, при этом смесь оксидов (CaO – 41,2 мас.% и TiO2 – 58,8 мас.%) предварительно перемешивали в течение 15 мин, затем брикетировали в таблетки с использованием стальной пресс-формы диаметром 15 мм на гидравлическом прессе с усилием 147 МПа. Температура синтеза CaTiO3 составляла 1300 °С при времени выдержки 4 ч. Проведены опыты с различным избытком углерода (20 и 30 мас.% от стехиометрически необходимого для восстановления компонентов перовскита). Карботермический процесс вскрытия искусственного перовскита (таблетки массой 4 г) осуществлялся в вакуумной печи с графитовым нагревателем в две стадии: при температуре 1500 °С, времени выдержки 1 ч и остаточном давлении 10,1 кПа в атмосфере аргона на первой стадии и t = 1750 °С, τ = 1 ч, остаточном давлении в камере 1,3 Па – на второй. Продукты реакций изучали рентгенофазовым анализом на дифрактометре «D8 Advance Bruker AXS». Результаты опытов показали практическую возможность извлечения титана и кальция из перовскита карботермическим способом.

Прогнозирование образования недоливов в тонкостенных отливках из магниевых сплавов является важной задачей для литейного производства. Для ее решения может быть использовано компьютерное моделирование литейных процессов. Адекватных результатов моделирования можно добиться при наличии правильных теплофизических свойств сплава и формы в широком интервале температур, значения коэффициента теплопередачи между отливкой и формой, а также критической доли твердой фазы, при которой происходит остановка течения расплава в форме. В настоящей работе путем сопоставления длин спиральных проб, полученных с помощью моделирования заполнения, и экспериментальных длин при тех же условиях заливки определен коэффициент теплопередачи между магниевым сплавом МЛ5 (AZ91) и формой из холоднотвердеющей смеси (ХТС). Выше температуры ликвидуса его значения равны hL = 1500 Вт/(м2 ·К) для температур заливки 670 и 740 °С и hL = 1800 Вт/(м2 ·К) для 810 °С. Ниже температуры солидуса hS = 600 Вт/(м2 ·К). Также была установлена критическая доля твердой фазы для магниевого сплава МЛ5 (AZ91) при заливке в форму из ХТС (при скорости охлаждения ~2 К/с) – ее значение составило 0,1–0,15. Путем сопоставления положения недоливов по результатам моделирования и в реальной отливке «Колпак», залитой из сплава МЛ5 (AZ91) в форму из ХТС, было уточнено значение критической доли твердой фазы. Заливку отливок производили при температурах заливки 630 и 670 °С, и в обоих случаях значение критической доли твердой фазы составило 0,1.

Выполнены исследования припоев систем Al–Cu–Si (марка А34) и Zn–Al–Cu (марка типа Welco52). Установлено, что припой А34 (Al–28%Cu–6%Si) плавится и кристаллизуется в узком интервале температур (~18 °С). Температуры солидуса и ликвидуса припоя А34 составляют ~508 и ~526 °С соответственно. Припой системы Zn–Al–Cu (Zn–4%Al–2,5%Cu) имеет эвтектический состав, обуславливающий плавление и кристаллизацию при постоянной температуре ~389 °С. Изучены плотности исследованных припоев в жидком и твердом состояниях. У припоя А34 их значения составляют 3,02 и 3,32 г/см3 соответственно, а у цинкового припоя – 6,28 и 6,69 г/см3 . Исследовано влияние условий литья на структуру литых припоев в виде прутков с площадями поперечных сечений 13, 10 и 5 мм2. С уменьшением площади поперечного сечения происходит измельчение основных структурных составляющих припойных сплавов. В микроструктуре припоя А34 измельчаются дендриты твердого раствора на основе алюминия и фаза CuAl2. В цинковом припое наиболее сильно уменьшаются размеры дендритов твердого раствора на основе цинка. Лучшей жидкотекучестью характеризуются расплавы, полученные из прутковых припоев с сечением 5 мм2 при исследованных зазорах в пробе 2,0, 1,5 и 1,0 мм. Цинковый припой эвтектического состава обладает лучшими показателями жидкотекучести по сравнению с припоем А34: у расплава, полученного из припойного прутка на основе цинка сечением 5 мм2 при ширине зазора в пробе 2,0 мм этот показатель составил 100 % (расплав припоя А34, полученного из прутка такого же сечения, имел 98 %). Результаты экспериментов по пайке пластин из сплава АК12 и листов из сплава АМц показали наличие плотной границы в системе «припой – материал основы», а также отсутствие несплошностей в виде пор и неспаев. Наблюдалось незначительное взаимопроникновение припойных сплавов в материал основы – особенно при пайке литых пластин из сплава АК12.

Проведено моделирование процесса прямого прессования крупногабаритных прутков с диаметрами 188, 214, 252, 283, 326, 560 мм из алюминиевого сплава 7075 при коэффициентах трения 0 и 0,5, углах конуса матрицы 80° и 90° из контейнера диаметром 800 мм на прессе 200 МН в программном пакете DEFORM-2D. Получено распределение радиальных скоростей течения металла на рабочей поверхности пресс-шайбы в зависимости от величины контактного трения, угла конуса матрицы и коэффициента вытяжки на основной и заключительной стадиях прессования. Высоту пресс-остатка в момент начала образования центральной пресс-утяжины принимали равной расстоянию между плоскостью пресс-шайбы и плоскостью входа прессуемого металла в рабочий канал плоской или конической матриц. Изучено совместное влияние коэффициента вытяжки, коэффициента трения и угла конуса матрицы на высоту пресс-остатка, усилие прессования, интенсивности скоростей деформаций и напряжений, температуру на кромке канала матрицы. Численные эксперименты проведены по плану полного факторного эксперимента 23 для интервалов варьирования параметров: Х1 = 3÷9, Х2 = 0÷0,5, Х3 = 80÷90 град. Трение между инструментом и заготовкой на заключительной стадии прессования играет отрицательную роль, заметно снижая радиальную скорость. Это приводит к более раннему началу образования центральной пресс-утяжины. Прессование в коническую матрицу и увеличение коэффициента вытяжки, наоборот, повышают радиальную скорость течения и обеспечивают более позднее начало образования центральной пресс-утяжины. Основным фактором, определяющим высоту пресс-остатка, является коэффициент вытяжки. Предложена математическая модель для выбора толщины прессостатка при конкретных условиях прессования крупногабаритных круглых прутков с малыми вытяжками.

Описывается исследование масштабного эффекта и свойств поверхностных слоев твердых тел на примере алюминиевого сплава системы Al–Mg (АМг2). Показана зависимость свойств поверхностных слоев от абсолютных размеров тел. Полученные при этом выводы могут быть распространены на результаты изучения влияния различной формы твердых тел на их поверхностные и линейно-объемные свойства. Развитие новых технологий и технологический прогресс постоянно ужесточают требования к металлоемкости технических устройств, в результате чего бывает достаточно тяжело обойти возможность появления в особо ответственных деталях усталостных борозд и трещин. В некоторых случаях они могут возникнуть на самых ранних стадиях эксплуатации, т.е. присутствуют в деталях в течение большей части их жизненного цикла. Поэтому для всесторонней оценки работоспособности и ресурса изделий необходимо иметь достоверные сведения об эволюции параметров циклической прочности и долговечности, обладать максимальной информацией о процессе накопления повреждений на всех этапах усталостного нагружения – стадиях зарождения трещин, их развития и, как следствие, разрушения конструкции. Вследствие этого необходимость совершенствования методик усталостных испытаний и выявления закономерностей разрушений является одной из актуальнейших задач технического продвижения. Установлено, что различие деформации у поверхности приводит к изменению способности к деформационному упрочнению, что влечет изменение повреждаемости поверхности и показателей прочности образцов. Подход к масштабному эффекту как явлению рассматривается с позиций различия пластической деформации поверхностных слоев образцов разных абсолютных размеров.

Исследовано поведение двухфазного титанового сплава Ti–3,5Fe–4Cu–0,2B в процессе термодеформационной обработки на одноосное сжатие. Бор вводили для получения в литом состоянии мелкозернистой структуры. Образцы сплавов диаметром 6 мм получали путем сплавления чистых компонентов в вакуумной индукционной печи и последующей ускоренной кристаллизации в массивной медной изложнице. Испытания на одноосное сжатие с истинной деформацией 0,9 проводили на комплексе физического моделирования термомеханических процессов «Gleeble 3800» при температурах 750, 800 и 900 °С и скоростях деформации 0,1; 1 и 10 с–1. Микроструктуру сплава в исходном и деформированном состояниях изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии. В результате испытаний построена модель зависимости напряжения течения от температуры и скорости деформации. Показано, что в процессе обработки давлением происходит рекристаллизация исходной литой структуры, содержащей твердые растворы на основе α-Ti, β-Ti и колонии диборида титана. В процессе деформации с повышением температуры объемная доля зерен твердого раствора на основе α-титана уменьшается, а доля β-фазы, наоборот, возрастает. При этом средний размер зерен твердых растворов на основе α-Ti и β-Ti меняется незначительно после деформации почти по всем исследованным режимам. Показано, что предпочтительным режимом горячей обработки давлением для получения высокого комплекса механических свойств в изучаемом сплаве является диапазон температур 750–800 °С, так как размер зерен α-фазы увеличивается с 2,2 до 4,5 мкм при повышении температуры до 900 °С.