Изучены физико-химические закономерности выщелачивания индия с поверхности стеклянных пластин отработанных дисплеев в различных кислотах. Стекла отслуживших дисплеев были предварительно очищены от поляризаторов и измельчены. Их основу составляли оксиды кремния и алюминия. Индий представлен в виде соединения In₂O₃·SnO₂. Содержание индия в полученном материале составляло 174,8 мг/кг. В качестве выщелачивающих агентов использовали индивидуальные растворы серной, соляной и метансульфоновой кислот. Установлено влияние концентраций указанных кислот (0,1–1,0 н), продолжительности выщелачивания (10–60 мин), температуры (298–353 К) и соотношения жидкого к твердому (Ж : Т = = (7,5÷15,0) : 1 см³/г) на степень извлечения индия в раствор. Частные порядки реакций по CH3SO3H, H₂SO₄, HCl составили 0,69, 0,67 и 1,10 соответственно. В ходе экспериментов наблюдалось интенсивное повышение концентрации индия в первые 20– 40 мин выщелачивания в растворах H₂SO₄ и HCl, после чего скорость процесса снижалась и извлечение индия практически не росло вследствие уменьшения количества непрореагировавшего индия. При выщелачивании в 0,1–0,4 н растворах CH₃SO₃H скорость растворения индия не менялась на всем протяжении эксперимента ввиду того, что количество непрореагировавшего индия снижалось незначительно. Исследуемые кислоты можно расположить в следующий ряд в порядке возрастания их эффективности в растворении индия: CH₃SO₃H, H₂SO₄, HCl, что соответствует росту сил данных кислот. Увеличение температуры значительно повышало извлечение индия. Рассчитаны значения кажущейся энергии активации растворения In₂O₃ в растворах CH₃SO₃H, H₂SO₄, HCl, составившие 51,4, 51,2, 43,4 кДж/моль соответственно. Обнаружено, что при использовании в качестве выщелачивающего агента HCl увеличение доли жидкой фазы в пульпе от 7,5 : 1 до 15 : 1 см³/г снижало извлечение индия в 2,4 раза, а начальную скорость выщелачивания – в 3,2 раза. Показано, что повышение Ж : Т при растворении индия в CH₃SO₃H (с 7,5 : 1 до 15 : 1 см³/г) и H₂SO₄ (с 10 : 1 до 15 : 1 см³/г) сопровождается незначительным изменением извлечения и начальной скорости выщелачивания. Таким образом, проведенные исследования показали, что выщелачивание индия из стекол отслуживших дисплеев протекает в смешанном режиме при использовании HCl и в кинетическом режиме в растворах H₂SO₄ и CH₃SO₃H.

Качество литых деталей, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям, в значительной мере определяется качеством керамических форм. В настоящее время предприятия авиа- и двигателестроения переходят на экологически безопасное водное связующее для изготовления керамических форм. В работе определены динамическая и условная вязкости суспензий, приготовленных с использованием пылевидного плавленого кварца и отечественных водных связующих марок ВТ13-02У (ООО «Вакуумтех»), Ставроформ ВС (ООО «Полимет»), UltraCast One+ и UltraCast Prime (ООО «Технопарк»). Показано, что полученные суспензии имеют близкие значения вязкости и по своим реологическим свойствам близки к ньютоновским жидкостям. Значения динамической и условной вязкости при содержании связующего 400 мл на 1 кг пылевидного кварца составили ~732 мПа·с и ~380 с соответственно. При увеличении содержания связующего до 600 мл на 1 кг пылевидного кварца вязкость снизилась до ~70 мПа·с и ~16 с соответственно. Также было выведено уравнение, связывающее динамическую вязкость, определенную с помощью ротационного вискозиметра, и условную вязкость, установленную с помощью прибора ВЗ-4. Были определены механические свойства при испытаниях на трехточечный изгиб керамических образцов, полученных с использованием суспензий на указанных выше связующих и обсыпки из плавленого кварца. Образцы, полученные на связующих ВТ13-02У, Ставроформ ВС и UltraCast One+, показали очень близкие значения прочности: 3,5–4,3 МПа после сушки и 5,8– 6,1 МПа после прокалки. Из-за наличия в составе связующего полимерной добавки керамические образцы на связующем UltraCast Prime имели более высокие значения прочности на изгиб после сушки и после прокалки – 6,4 и 7,2 МПа соответственно. Также было показано, что с увеличением вязкости суспензии и уменьшением фракции плавленого кварца прочность керамических образцов возрастает. Из всех рассмотренных связующих наименьшая шероховатость поверхности наблюдалась у образцов, полученных с использованием связующих UltraCast.

Выявлены особенности строения зон недостаточной проработки металла в нестационарной стадии прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (Россия) на прессе номинальным усилием 120 МН выполнено прессование слитка из контейнера диаметром 800 мм с получением прутка диаметром 355,6 мм. Материал слитка – алюминиевый сплав АД33 (ГОСТ 4784) – аналог сплава 6061 по стандарту ASTM системы Al–Mg–Si. Относительное обжатие в таком процессе составляло 80 %, а коэффициент вытяжки – 5,06. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка – мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. В расчетной части с помощью программного модуля DEFORM-2D проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором – наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. В периферийной области установился слой металла со степенью деформации 1,75–2,00. В то же время в центре этот диапазон снизился до 0,75–1,00, т.е. значения оказались практически в 2 раза меньше. На третьем шаге периферийный слой с повышенным уровнем деформации имеет клинообразную форму, на четвертом – периферийный (с повышенной степенью деформации) слой имеет равную толщину вдоль оси прессования, что говорит о наступлении стационарной стадии. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то придется применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке.

Представлены результаты исследований сопротивления разрушению при статическом растяжении литых алюмоматричных композитов на основе алюминия с различным содержанием упрочняющей фазы Al₂O₃. Литые алюмоматричные композиционные материалы были изготовлены по технологии, которая основана на процессе выгорания расплава алюминия при взаимодействии с кислородом. Для проведения исследований на статическую прочность были отлиты две партии слитков с различным содержанием твердой фазы. Средний размер частиц упрочняющей фазы, преимущественно призматической морфологии, составлял 60–80 мкм, а их количество изменяли от 15 до 25 %. Поверхности разрушения, полученные при статическом одноосном растяжении исследованных образцов материала, изучались на образцах, разрушившихся при максимальном значении напряжения. Исследования поверхности разрушения проводились с помощью оптического микроскопа с расширенными возможностями за счет усовершенствованной длиннофокусной оптической системы и цифровой обработки изображения с применением оригинальной методики изучения 3D-структур. Для углубленного анализа характерных областей излома использовался растровый электронный микроскоп с энерго- и волнодисперсионным элементным анализаторами. В ходе проведенных исследований было установлено, что у образцов с меньшим содержанием дисперсной фазы излом носит смешанный неоднородный по макрогеометрии характер, который можно интерпретировать как сухой волокнистый излом с видимыми кристаллической сыпью и вырывами. С увеличением количества твердой фазы наблюдается смешанный, достаточно однородный по макрогеометрии характер излома с веерообразно-волокнистым строением, в котором также зафиксированы кристаллическая сыпь, отличающаяся распределением по площади излома, и вырывы других геометрических размеров. Выявлены и описаны особенности изменения рельефа поверхности разрушения и механизмы разрушения полученных композитов.

Алюминиевые сплавы, легированные редкоземельными и переходными металлами, являются перспективными материалами для транспортировки электроэнергии ввиду высоких показателей прочности, термической стабильности и электропроводности. В работе определены особенности упрочнения, механические свойства и электропроводность сплава Al–0,2Y–0,2Sc–0,3Er после холодной прокатки. Литая структура сплава представлена алюминиевым твердым раствором (Al) и дисперсной эвтектикой с фазой τ₂ (Al_75-76Er_11-17Y_7-14) при полном растворении скандия в (Al) и содержании иттрия и эрбия на уровне 0,2–0,3 % каждого. Холодная прокатка слитка ускоряет упрочнение при отжиге при температурах 270 и 300 °C, уменьшая время достижения пиковой твердости. Максимальное упрочнение за счет выделения L1₂-дисперсоидов фазы Al₃(Sc,Y,Er) со средним размером частиц до 10 нм достигается после 7 ч отжига при температуре 300 °С после холодной прокатки, что говорит о превалировании гетерогенного механизма зарождения за счет дефектов, накопленных в процессе холодной прокатки, стимулирующих упрочнение. Частицы эвтектики располагаются преимущественно вдоль границ, вытягиваясь в направлении прокатки, и вне зависимости от режима получения листа сплав демонстрирует высокую термическую стабильность до 400 °С. В процессе отжига листов до 450 °С сохраняется нерекристаллизованная структура. Отжиг слитка при t = 300 °С в течение 7 ч и холодная прокатка с последующим отжигом в тех же условиях обеспечивают высокий уровень механических свойств и электропроводности: σ_0,2 = 194 МПа, σ_в = 210 МПа, δ = 12,1 % и IACS – 60,1 %. Сплав продемонстрировал высокую стабильность предела текучести вплоть до 100 ч отжига при t = 300 °С.

Деформируемые сплавы на основе Ti₂AlNb с повышенной технологичностью для изготовления листовых изделий являются перспективными материалами для работы при высоких температурах в аэрокосмической отрасли, однако возникающие трудности со свариваемостью ограничивают возможности их применения. Работа посвящена изучению сварных соединений из сплава ВТИ-4 на основе Ti₂AlNb, полученных с использованием импульсной лазерной сварки (ИЛС). Определены оптимальные режимы ИЛС, обеспечивающие равномерный бездефектный шов. Выявлены особенности образования внешних дефектов, внутренних пор, трещин и неравномерности глубины проплавления в зависимости от условий сварки. Основными параметрами ИЛС, влияющими на формирование сварного шва, являются напряжение и длительность импульса лазерного излучения. Показано, что при недостаточных средней и высокой пиковых мощностях возможно образование пилообразного корня сварного шва и внутренних пор. Однако при увеличенных погонных энергиях нарушаются термогидравлические процессы в сварочной ванне, что влечет за собой выплеск металла (разбрызгивание), наблюдается неравномерность наложения импульсов. Это приводит к образованию трещин, повышенной пористости, неоднородности зоны плавления и, как следствие, к низким механическим свойствам. Микроструктурное исследование сварных соединений из сплава ВТИ-4, полученных с использованием ИЛС, показало, что зона плавления состоит из крупных дендритных зерен β-фазы, а зона термического влияния – из двух областей β + α₂-фаз и β + α₂ + O-фаз. При этом достигнута прочность ~80 % от прочности основного металла сварного соединения из сплава ВТИ-4, полученного по оптимальному режиму ИЛС.

Исследованы образцы титанового сплава ВТ3-1 на усталость при нагружении по «мягкой» схеме консольного изгиба плоских образцов. Для таких исследований была разработана оригинальная электромагнитная установка. В ней реализована работа на основе электромеханической системы, в которой возбуждение механических колебаний осуществляется исходя из собственной частоты колебания испытуемого образца, т.е. реализуется режим, когда частота возбуждающей силы (частота циклического нагружения) всегда равна частоте собственных колебаний образца. Изгиб образца производится электромагнитной силой, а разгиб происходит под действием сил упругости материала, тем самым обеспечивается циклическое нагружение, близкое к синусоидальному. Изучено влияние реализуемого в данной установке вида циклического нагружения на циклическую прочность и долговечность. Установлено, что исследуемый титановый сплав имеет высокие характеристики показателей сопротивления усталости и предела выносливости. В ходе проведенных исследований отмечен небольшой разброс экспериментальных значений сопротивления усталости образцов относительно аппроксимирующей линии кривой усталости, что свидетельствует о высокой стабильности структурно-чувствительных свойств титанового сплава ВТ3-1. Также исследованы образцы этого сплава на частотную стабильность. За контрольное число наработки было принято 50 млн циклов нагружения, при которых проводилась сравнительная оценка изменения частотных характеристик. Представлены частотные характеристики и выявлена динамика частотной стабильности испытаний образцов при нагрузках, близких к пределу усталости. Установлено, что исследуемый титановый сплав имеет высокие значения частотной стабильности. При этом перерывы в циклических испытаниях приводят к скачкообразному приросту частоты, а при непрерывных испытаниях такого не наблюдалось, однако общее отклонение частоты от первоначальной к концу испытаний примерно одинаковое.