При исследовании агрегативной устойчивости дисперсных систем методом седиментоволюметрии нарушение структуры воды в области контакта вызывает образование нанопузырьков, коалесценция которых приводит к появлению силы гидрофобного притяжения. Изменение агрегативной устойчивости водных дисперсий частиц может объясняться тем, что в межфазный зазор между поверхностями частиц затруднено втекание молекул воды с высоким потенциалом взаимодействия с молекулами среды и нарушен отток молекул воды с высокой интенсивностью взаимодействия с твердой поверхностью. Избыточное осмотическое давление между гидрофильными поверхностями вызывает их гидрофильное отталкивание, а избыточное осмотическое давление окружающей воды (пониженное осмотическое давление между поверхностями) – гидрофобное притяжение поверхностей. Для изменения результата флотации достаточно подвести тепловой поток к слою жидкости наноразмерной толщины, в пределах которого локализовано действие сил структурного происхождения, определяющих устойчивость смачивающих пленок. Для повышения температуры в межфазном зазоре между частицей и пузырьком за счет теплоты конденсации водяного пара предложено применять в качестве газа при флотации смесь воздуха с горячим водяным паром. Разработанный способ флотации апробирован при флотации золотосодержащих руд. Рациональный расход пара, определенный по результатам факторного эксперимента, составляет 10,7·10^–3 кг/(с·м²) при расходе ксантогената 1,74 г/т. В операции основной флотации использован струйный способ построения схемы, предусматривающий объединение исходного питания и чернового концентрата. В сравнении с флотацией руд по фабричной схеме выход концентрата, направляемого на гидрометаллургическую переработку, на 23,4 отн.% меньше при сохранении достигнутого уровня извлечении золота.

Рассмотрены особенности нахождения форм золота в техногенном сырье – лежалом клинкере цинкового производства Беловского цинкового завода (г. Белово, Кемеровской обл.). Беловский завод работал в период с 1930 по 2003 г. на цинковых концентратах Салаирского ГОКа. После остановки предприятия отвалы клинкера были складированы на промплощадке завода и неоднократно подвергались промывке кислыми растворами для выделения меди. Подобная форма хранения и выщелачивания привела к трансформации форм благородных металлов, находящихся в клинкере, что в настоящее время затрудняет извлечение золота. Содержание золота в клинкере находится на уровне 2–3 г/т, что делает извлечение золота рентабельным. Наличие в клинкере углерода затрудняет использование известных методов как аналитического обнаружения золота, так и его извлечения. Предложен метод для определения форм нахождения и содержания золота с учетом того, что оно может присутствовать в виде свободного мелкого золота, а также тонковкрапленного в железо и его оксиды, в сульфидные фазы, кварцево-силикатную часть клинкера и углистую фазу. Показано, что в зависимости от условий хранения и предыдущей кислотной обработки меняются формы нахождения золота в клинкере, что влияет на выбор технологической схемы переработки материала. Доля золота, доступного для выщелачивания, составляет не менее 40 %. Повышенная ассоциативность золота с угольной (флотоактивной) фазой и сорбционная активность угля вносят существенные помехи в исследования свойств форм золота в клинкере, что требует предварительного удаления углерода.

Недостаточное понимание характера межфазного взаимодействия армирующих частиц с матричным сплавом при многократных переплавах литых композиционных материалов является одной из проблем, ограничивающих увеличение объемов их промышленного применения. Настоящая работа направлена на установление влияния многократных переплавов алюмоматричных композитов AK12 + 10 об.% SiC на сохранение и химическую стабильность армирующих частиц карбида кремния. Показано, что увеличение количества итераций переплава не сопровождается появлением новых фаз на границах раздела частиц с матрицей, что свидетельствует о стабильности армирующей фазы SiC в алюминиево-кремниевых расплавах при рассмотренных температурно-временных и концентрационных условиях. При повторных переплавах алюмоматричных композитов с карбидом кремния происходит смещение степени равномерности распределения частиц в сторону более однородного распределения (в среднем 0,81046 на первой итерации переплава, 0,6901 – на второй и 0,5609 – на третьей) и некоторое уменьшение их средних размеров (с 70,74 мкм на первой итерации до 65,76 мкм – на второй и 61,21 мкм – на третьей), по-видимому, за счет фрагментации частиц, приводящей к росту количества более мелкой фракции. При этом доля площади, занимаемой частицами на рассматриваемых участках шлифа, остается практически неизменной (10,9293, 10,9607 и 11,6483 % соответственно на 1-й, 2-й и 3-й итерациях переплава). В ходе повторных переплавов алюмоматричных композитов системы Al–SiC происходят процессы перераспределения армирующих частиц, приводящие к разрушению агломератов даже в отсутствие интенсивного перемешивания импеллером. За счет этого равномерность распределения частиц в структуре слитков вторичных алюмоматричных композитов может быть существенно улучшена.

Приведены результаты исследования взаимодействия титановых сплавов с кремнеземсодержащей литейной формой, изготовленной по выплавляемым моделям. В зоне контакта методом рентгенофазового анализа обнаружен чистый кремний, соединения оксидов и силицидов титана. Проблема негативного влияния формы на отливку решается применением термохимически стойких монокорундовых форм на алюмозольном связующем. Для литья по выплавляемым моделям разработан состав огнеупорной суспензии со специальными добавками, улучшающими смачивание суспензией воскообразных моделей, а также повышающими прочность формооболочки. Изучены седиментационные свойства суспензии. Разработан способ ускоренного отверждения последовательно наносимых слоев огнеупорной суспензии путем сушки в вакууме и последующего химического отверждения газообразным реагентом. Время формирования одного слоя сокращается с 3–5 ч до 20–30 мин. Проведены сравнительные исследования кинетики конвективной сушки и обезвоживания в вакууме алюмозольного связующего. Удаление влаги с единицы поверхности нанесенного огнеупорного слоя в вакууме 5–10 кПа возрастает в 2–6 раз. Методом рентгенофазового анализа исследованы превращения алюмозоля в процессе высокотемпературного нагрева. Повышение температуры прокалки до 1300–1350 °С позволяет получить в формооболочке из алюмозоля твердый гель стабильной фазы α-Al₂O₃ и достаточную прочность 9–12 МПа при введении в состав суспензии спекающих добавок. Даны рекомендации для дополнительной защиты огнеупорных керамических слоев после вакуумирования и сушки: обработка последнего слоя газообразными отвердителями и нанесение на него раствора поливинилацеталя плотностью 1100–1200 кг/м³. Предложенные технологические решения позволят повысить как производительность технологического процесса формообразования и литья титановых сплавов, так и качество получаемых отливок.

Представлены технические решения по созданию деформирующих устройств с силоприводом из материала с эффектом памяти формы. В качестве примера рассмотрены конструкции пресса, пресс-штампа, в которых использованы новые конструкции многозвенных силоприводов. Предложена методика проектирования универсального многозвенного силопривода, силовые элементы которого выполнены из термически тонкого материала с эффектом памяти формы. Приведен анализ тепловых процессов в силовых элементах различных форм, геометрических размеров и для разных методов их нагрева (пропусканием тока, конвективный и лучистый теплообмен) и охлаждения, позволяющий определить эффективность создаваемых устройств. Исследованы технологические и эксплуатационные свойства термически тонких силовых элементов многозвенного силопривода. Для определения качественных и количественных их показателей создан измерительный стенд, позволяющий в едином временном масштабе фиксировать силу тока, изменение температуры и перемещения, развиваемые усилия. Установлена взаимосвязь скорости нагрева со скоростью развития рабочих усилий и значением возвратного усилия деформирования, определяющими производительность деформирующих устройств. На основании выполненных расчетов создана линейка универсальных силоприводов с развиваемым усилием деформирования 500–10000 Н и перемещением 1,0–8,0 мм, приведены результаты их испытания и использования в действующих моделях деформирующих устройств.

Эффективным подходом к повышению сопротивления усталости металлических изделий является создание на поверхности изделия сжимающих остаточных напряжений с помощью его обработки методами поверхностного пластического деформирования (ППД). Один из эффективных методов ППД – процесс безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО). Также известным подходом к повышению механических характеристик, в том числе усталостного сопротивления, является создание в изделии ультрамелкозернистого (УМЗ) структурного состояния. Настоящая работа посвящена исследованию с помощью конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния УМЗ-заготовки, подвергнутой ППД методом БУФО. В качестве материала заготовки выбран технически чистый титан марки Grade 4 в УМЗ-состоянии, полученный методом равноканального углового прессования по схеме «Конформ» (РКУП-К). В ходе исследования проведен анализ напряженно-деформированного состояния очага деформации после однократного удара индентора с последующей разгрузкой в упругопластической постановке задачи. Рассмотрено влияние амплитуды колебаний индентора и его геометрических характеристик на радиальные остаточные напряжения, в том числе глубину их залегания, среднее нормальное напряжение и интенсивность деформации. Установлено, что с увеличением радиуса индентора снижается значение интенсивности деформации (e). Характер распределения параметра e – градиентный, с уменьшением значений от поверхности к центру заготовки. Анализ результатов моделирования показывает, что радиальные остаточные напряжения в области очага деформации являются преимущественно сжимающими и, соответственно, позволят повысить сопротивление усталости готового изделия. Выявлено, что с увеличением амплитуды колебаний индентора возрастают и значения сжимающих радиальных остаточных напряжений – их максимум достигает 540 МПа при амплитуде 75 мкм с глубиной залегания этих напряжений до 0,3 мм. Увеличение радиуса индентора, т.е. фактически площади контакта, ведет к повышению величины сжимающих радиальных остаточных напряжений, причем практически линейно.

Работа посвящена изучению кинетики и механизмов горения элементных смесей в системе Zr–Mo–Si–B, а также анализу стадийности фазовых и структурных превращений в волне горения. Проведен термодинамический анализ возможных химических реакций, протекающих в волне горения. В интервале температур 298–2500 К предпочтительна реакция образования ZrB2. При Т > 2200 К более термодинамически выгодным становится образование MoB по сравнению с MoSi₂. Оценки фазовой стабильности продуктов горения показали, что фазы ZrB₂, MoSi₂ и MoB находятся в равновесии. Экспериментальные зависимости Т_г (Т₀) и U_г (Т₀) линейны, что предполагает неизменный механизм горения при Т₀ = 298÷800 К. Предварительный подогрев приводит к росту U_г. Аналогичное влияние имеет повышение доли Zr и B в смеси – увеличиваются тепловыделение и T_г. При минимальном содержании Zr и B определяющим является взаимодействие Mo с Si с образованием MoSi₂ по механизму реакционной диффузии. При возрастании доли Zr и B подъем Т₀ до 750 К не оказывает влияния на Т_г. Значения E_эфф (50–196 кДж/моль) подтверждают значительное влияние жидкофазных процессов на кинетику горения. Исследован механизм структурообразования. Во фронте горения формируется расплав Si–Zr–Mo, из которого кристаллизуются первичные зерна ZrB₂ и MoB по мере его насыщения бором. Одновременно с этим расплав растекается по поверхности частиц Zr и Mo и реагирует с образованием пленок ZrSi_x, MoSi_x. За фронтом горения возникают кольцевые структуры, исчезающие по мере продвижения к зоне догорания. Состав продуктов формируется сразу во фронте горения менее чем за 0,25 с.

Рентгенографически изучено влияние режимов нагрева и охлаждения перед старением сплава Ti–22Nb–6Zr (ат.%) с памятью формы на интенсивность образования изотермической ω_iso-фазы в интервале температур от 250 до 350 °С в течение 1 и 3 ч. Показано, что для интенсивного образования ω_iso-фазы наиболее эффективна схема выхода в интервал старения, включающая быстрое охлаждение в воде до t_комн от температуры отжига 600 °С и последующий быстрый нагрев до температуры старения 300 °С. Все остальные использованные схемы выхода в интервал старения, включающие медленное охлаждение и/или нагрев, не приводят к формированию рентгенографически идентифицируемого количества ω_iso-фазы. При этом превращение β → ω_iso в интервале температур от 250 до 350 °С имеет выраженную С-образную кинетику с максимумом при 300 °С. Старение во всем интервале t = 250÷350 °С приводит к упрочнению и увеличению твердости сплава по сравнению с исходным состоянием. Причем твердость плавно растет при увеличении температуры старения от 250 до 300 °С и остается постоянной в интервале t = 300÷350 °С. Период решетки β-фазы сплава Ti–22Nb–6Zr остается неизменным во всем температурном интервале старения 250–350 °С, что свидетельствует об отсутствии заметного диффузионного перераспределения элементов в твердом растворе при образовании ω_iso-фазы. Образующаяся в ходе старения сплава Ti–22Nb–6Zr во всем интервале t = 250÷350 °С ω_iso-фаза имеет соотношение с_ω /а_ω = 0,613 ± 0,002, аналогичное соотношению с_ω /а_ω для сдвиговой атермической ω_ath-фазы, что, в свою очередь, дополнительно подчеркивает идентичность этих двух фазовых разновидностей.