Для Республики Казахстан, как для страны с развитыми добывающими и перерабатывающими отраслями промышленности, актуальным направлением является развитие областей знаний, направленных на улучшение и совершенствование методов и технологий комплексной переработки сырья, в том числе для более полного извлечения благородных металлов. Основанием необходимости проведения этих исследований являются высокие потери благородных металлов при их переработке и выделении, а также совершенствование процесса их концентрирования. Достижения в области углеродных наноматериалов открывают большие перспективы для модернизации существующих технологий извлечения благородных металлов из отходящих растворов и пульп. В настоящей работе проведены комплексные исследования влияния скорости потока растворов, величины pH и присутствия ионов других металлов на извлечение золота на углеродном наноструктурированном материале из рисовой шелухи с дальнейшей его регенерацией и повторным использованием. Выявлено, что наивысшая степень извлечения ионов золота (III) наблюдается при pH ~ 2. Исследована эффективность извлечения золота при совместном присутствии меди, никеля и серебра. Рассмотрена зависимость электрохимической восстановительной сорбции золота от скорости потока растворов, оптимальная величина которой составила 10 мл/мин. Рассчитана сорбционная емкость сорбента на основе карбонизованной рисовой шелухи. Исследование электрохимической сорбции/десорбции ионов золота (III) показало, что процесс десорбции лучше протекает в смеси ацетон + вода + NaOH. При этом степень десорбции достигает 96 %, что свидетельствует о возможности регенерации углеродного материала электрода для повторного применения. Полученные результаты могут быть применены для оптимизации процессов извлечения благородных металлов из их растворов.

Приведены результаты экспериментальных исследований по разработке метода получения титансодержащей прутковой лигатуры, изучению ее структуры и модифицирующей способности. Отличительные особенности новой технологии заключаются в использовании в качестве титанового сырья титановой губки и/или титановой стружки, первоочередном легировании алюминия титаном, а затем бором, введении титана в два этапа: первоначально в расплаве алюминия растворяют 2/3 металлического титанового сырья, а оставшееся количество вводят после восстановления тетрафторбората калия. Также предусматрены предварительная пропитка титановой губки галогенидсодержащим флюсом и использование брикетированной смеси KBF4 + Al-порошок. Приводится описание экспериментальной технологии приготовления расплава лигатуры Al–Ti–B, рассчитано извлечение титана и бора в лигатуру, исследована ее микроструктура, определены химический и молекулярный составы образовавшихся шлаков. Деформационная обработка для получения прутковой лигатуры осуществлялась методом бесслитковой прокатки–прессования (БПП), что позволило нивелировать дефекты литой структуры. Установлено, что применение высокоскоростной кристаллизации–деформации при реализации совмещенного процесса БПП позволяет получать лигатурные прутки заданного диаметра при минимальных энергозатратах с требуемым комплексом механических и эксплуатационных свойств. Проведена количественная оценка модифицирующей способности опытной лигатуры в литом состоянии и лигатурного прутка, полученного методом БПП, в деформированном состоянии в сравнении с серийно выпускаемой прутковой лигатурой производства «KBM Affilips» (Нидерланды/Бельгия). На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны состав и технология получения модифицирующей лигатуры Al–Ti–B с использованием в качестве легирующих добавок титановой губки и/или стружки и тетрафторбората калия с содержанием 3,0±0,3 % титана и 1,0±0,2 % бора, что соответствует требованиям, предъявляемым к составу лигатур для алюминия.

В машиностроении для изготовления деталей, работающих на трение, применяются антифрикционные оловянные бронзы. В частности, бронза БрО10С2Н3 нашла применение в узлах системы торможения самолетов. Одним из способов повышения свойств оловянно-свинцовых бронз является увеличение скорости охлаждения при кристаллизации. В настоящей работе исследовали влияние скорости охлаждения и изменения содержания легирующих элементов (в пределах, установленных ОСТ 1 90054-72) на свойства бронзы БрО10С2Н3. Для обеспечения различной скорости охлаждения приготовленные сплавы заливали в формы из холодно-твердеющий смеси, стали и графита, для которых скорость охлаждения составила 0,4, 5,0 и 14,6 °С/с соответственно. Изучали влияние скорости охлаждения и состава бронзы на интервал кристаллизации, макроструктуру, микроструктуру, теплопроводность, механические и трибологические свойства. С помощью дифференциально-термического анализа было показано, что легирование бронзы БрО10С2Н3 по верхнему пределу приводит к снижению температуры солидуса на 40 °С, что следует учитывать при деформационной и термической обработках. Увеличение скорости охлаждения при затвердевании слитков из бронзы БрО10С2Н3 приводит к значительному измельчению зерна, изменяет количество, размер и морфологию фаз. Так, например, при литье в металлическую и графитовую формы уменьшается размер и повышается сферичность частиц свинца. Изменение содержания Sn в пределах, установленных ОСТ, оказывает значительное влияние на долю интерметаллической фазы γ-(Cu,Ni)₃Sn. Увеличение скорости охлаждения практически не влияет на теплопроводность бронзы БрО10С2Н3, но приводит к повышению твердости на 30 HB, а также предела текучести и предела прочности при испытаниях на растяжение. Трибологические исследования, проведенные по схеме «вал – частичный вкладыш» в среде керосина со стальным контртелом, показали, что увеличение скорости охлаждения при затвердевании приводит к повышению интенсивности изнашивания бронзы с ~0,4·10^–8 до ~1,2·10^–8, а изменение состава в пределах ОСТ практически не влияет на интенсивность изнашивания, но вызывает небольшой рост коэффициента трения.

Изучено влияние обработки перегревом расплава (Melt Superheating Treatment – MST) для сплавов системы Al–Sn. Чтобы определить оптимальную температуру перегрева, были измерены температурные зависимости кинематической вязкости, удельного электросопротивления, плотности и поверхностного натяжения расплавов Al–Sn с содержанием олова 10, 20, 30, 40 и 50 мас.%. По результатам измерения для каждого образца сплава Al–Sn определено значение температуры t*, при нагреве до которой происходят разрушение микронеоднородного состояния и структурный переход гетерогенная жидкость → гомогенная жидкость. Перегрев расплава (MST) приводит к уменьшению вязкости расплава. Установлено, что температура t* повышается с ростом концентрации олова в расплаве Al–Sn. Увеличение содержания олова в расплаве Al–Sn также приводит к снижению абсолютных значений кинематической вязкости и поверхностного натяжения, в то время как удельное электросопротивление и плотность повышаются. Таким образом, был определен режим обработки расплава перегревом для сплавов Al–Sn. Исследовано влияние MST расплава Al–50мас.%Sn на микроструктуру и механические свойства слитка с целью определения структурной чувствительности к степени перегрева расплавов и поиска новой стратегии улучшения формообразующей способности двухфазной структуры сплавов Al–Sn. Полученные результаты показали, что методы определения удельного сопротивления и вязкости более чувствительны и эффективны для оценки температуры перегрева расплава (режима MST). Выявлено, что требуемая модифицированная структура слитка Al–Sn может быть сформирована под обычные условия литья, процесс MST может способствовать формированию модифицированной структуры слитка за счет увеличения времени затвердевания и уменьшения средней скорости затвердевания за счет снижения вязкости расплава после перегрева.

Представлены результаты по развитию метода расчета тепловыделений в ходе пластической деформации в ее мгновенном очаге при холодной прокатке труб (ХПТ), которые влияют на искажение формы деформирующего инструмента в станах ХПТ и изменение физических характеристик деформируемого металла труб. Определено, что уменьшение глубины поперечного сечения ручья калибра стана ХПТ из-за термических искажений (теплового эффекта), вызванных пластической деформацией трубы в мгновенном очаге деформации, прямо пропорционально расстоянию рассматриваемого продольного сечения ручья калибра до края бочки калибра. Выявлено, что сечения, лежащие ближе к бочке ручья, получают меньшие термические искажения. Предложен метод компенсации термических искажений в ходе расчета калибровки ручья калибра. Эксперименты по нанесению рисок на поверхности бочки валка рядом с выпуском калибра показали, что максимальное их истирание происходит непосредственно вблизи выпусков. Это указывает на локальный характер теплового расширения. Приведены зависимости, позволяющие определить величину изменения геометрических параметров инструмента как функцию температуры нагрева. Указанные зависимости были протестированы экспериментально и положены в основу развития метода расчета параметров поперечного ручья калибра стана ХПТ с учетом термического локального расширения в районе мгновенного очага деформации. Предложенный закон позволяет учесть влияние особенностей процесса ХПТ на изменение геометрических параметров поперечного сечения проходного паза в стане холодной прокатки труб и рабочих параметров ведения процесса.

Разработанные в последние годы многокомпонентные эвтектические сплавы на основе системы Al–Ca перспективны для практического применения, так как обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, они высокотехнологичны при литье, а в отожженном состоянии легко деформируются. Упрочнение сплавов достигается при их легировании Mn, Fe, Zr, Sc и другими элементами. Получение в алюминиевых сплавах ультрамелкозернистого состояния методами больших пластических деформаций, например равноканальным угловым прессованием (РКУП), существенно повышает комплекс их механических свойств. В связи с этим целью данной работы было изучение влияния теплого РКУП на структуру, механические свойства и термическую стабильность эвтектического алюминиевого сплава, мас.%: Al–3,5Ca–0,9Mn– 0,5Fe–0,1Zr–0,1Sc. Процесс РКУП осуществляли на образцах сплава в литом состоянии диаметром 20 мм (температура 400 °С, маршрут BC, угол пересечения каналов 110°, число проходов N = 6). Показано, что в результате РКУП в сплаве формируется развитая субструктура с высокой плотностью дислокаций и выделением наноразмерных частиц Al₆(Mn, Fe) и Al₃Sc, а также происходит измельчение первичных крупных частиц Al₆(Mn, Fe) и эвтектических частиц Al₄Ca. Такое изменение структуры в ходе РКУП приводит к существенному упрочнению сплава: его прочностные свойства увеличились в 1,5–2,0 раза, а относительное удлинение уменьшилось в 1,3 раза в образце продольного сечения и слабо изменилось в образце поперечного сечения по сравнению с исходным состоянием.

Методом селективного лазерного сплавления (СЛС) по различным технологическим режимам получены образцы из сплава ЭП741НП с различными видами дефектов, объемная доля которых варьируется от 0,31 до 0,65 %. Структура СЛС-образцов изучалась с применением методов оптической и сканирующей электронной микроскопии, механические характеристики определялись посредством проведения испытаний на растяжение. Все исследованные СЛС-образцы характеризовались невысокими прочностными характеристиками, что связано с формированием метастабильной однофазной структуры, а также с наличием структурных дефектов в виде трещин. Для повышения механических свойств проведены различные виды постобработки, в том числе горячее изостатическое прессования (ГИП), термическая обработка (ТО) по типу «закалка + старение» и комплексная обработка, сочетающая ГИП и ТО. По результатам исследований определено влияние различных видов постобработки на микроструктуру и свойства СЛС-образцов. Установлено, что применение ГИП способствует уменьшению пористости до 0,04 об.%, рекристаллизации структуры и выделению упрочняющей интерметаллидной фазы на основе Ni₃Al (γ ′-фазы) в виде крупных разноразмерных частиц, образующих агломераты. Проведение ТО приводит к рекристаллизации структуры и выделению мелкодисперсной γ ′-фазы, равномерно распределенной в матрице сплава. При этом прочностные характеристики образцов после ГИП и ТО находятся примерно на одном уровне (σ_в ~ 1250÷1290 МПа), однако пластичность образцов после ТО существенно ниже, что связано с сохранением в структуре дефектов в виде трещин и крупных пор. Максимальное увеличение механических свойств (σ_в до 1460 МПа и δ до 21,3 %) зафиксировано при проведении комплексной постобработки (ГИП + ТО), которая обеспечивает устранение дефектов и формирование оптимальной структуры сплава.