Рассматривается специфическое свойство нанопузырьков – самопроизвольное растекание по прилипшей к ним твердой гидрофобной подложке-частице, которое обусловлено высоким капиллярным давлением газа в нанопузырьках (Pк > > 106 Н/м2 ). Рассмотрен принцип расчета кривых растекания пузырьков и введен параметр X, характеризующий его интенсивность. Зависимость X(а) (а – диаметр основания пузырька) представлена бимодальной кривой, подтверждающей, что процесс растекания нанопузырьков энергетически обеспечивается двумя последовательно действующими независимыми источниками. Первый обусловлен сокращением (примерно на 11 %) площади криволинейной поверхности нанопузырька на начальном этапе растекания, а второй – работой расширения газа, вызванного падением Pк при растекании пузырька. Величина параметра X характеризуется значительно бóльшим наклоном зависимости X(а) на первом этапе растекания по сравнению со вторым. Обнаруженное свойство, как оказалось теперь, определяющее эффективность промышленных флотационных процессов в прошлом, после его распознания вновь обретает перспективу применения. Поскольку оно проявляется в ограниченном диапазоне размеров пузырьков, его предложено отнести к естественному, или природному, фракталу по аналогии с броуновским движением, проявляющимся в определенном интервале размеров частиц. Показано влияние поверхностной активности флотореагентов на форму кривых растекания пузырьков.

Часть первая опубликована в [1], часть вторая – в [2], часть третья – в [3].

Применительно к восстановительной стадии огневого рафинирования черновой меди выполнено математическое описание различных этапов кинетики раскисления меди древесным углем. Показано, что скорость процесса контролируется массоотдачей углерода в объеме расплава и восстановление кислорода металла осуществляется по 2-стадийной схеме. Для интенсификации раскисления меди признано целесообразным вдувание мелкодисперсного угля непосредственно в объем жидкого металла инертным или природным газом.

Разработанная в лабораторных условиях технология компаундирования каменноугольной смолы и продукта нефтепереработки с последующей дистилляцией была опробована в промышленных условиях. Выпущенная опытно-промышленная партия компаундного пека имела меньшее содержание бенз(а)пирена, чем обычный каменноугольный пек, что должно снизить выбросы вредных веществ при производстве алюминия. Опытная партия компаундного пека была использована при производстве подштыревой анодной массы. Было отмечено, что перестановка токоподводящих штырей на анодах Содерберга на опытной подштыревой анодной массе проходила в штатном режиме, технологический ход электролизеров – нормальный, нарушения на аноде отсутствуют.

С использованием физико-химических основ процессов разработаны расчетные методики для моделирования фторирования порошка вольфрама фтором и конденсации полученного WF6, которые удовлетворительно описывают имеющиеся экспериментальные данные. С их помощью проведена оптимизация размеров оборудования и параметров процесса двухстадийного фторирования порошка вольфрама фтором с конденсацией жидкого WF6 после каждой стадии при температуре 2,5–3,0 °С. Показана возможность получения WF6 с производительностью 5,23, 6,53 и 7,83 кг/ч в реакторах диаметром 200, 300 и 360 мм соответственно при температуре 300–350 °С без принудительного охлаждения наиболее теплонапряженного первого фторатора. При этом достигается полнота использования фтора более 99,99 %, а количество выходящих из технологической цепочки вредных газов (F2, WF6) не приводит к превышению их предельно-допустимых концентраций уже в объеме вентиляционных газов. Даны рекомендации по организации производственного процесса фторирования порошка вольфрама.

Осуществлен выбор современного отечественного оборудования для извлечения церия из концентратов редкоземельных металлов (РЗМ), выделенных из российского сырья: диафрагменный электролизер OКСИТРОН-58Л-О2, изготовленный ООО «Делфин Аква», для проведения процесса окисления Ce(III) до Ce(IV); экстрактор центробежного типа модели ЭЦ-10ФА производства ООО «ЛИТ» для извлечения Ce(IV) из суммы РЗМ. На данном оборудовании проведены исследования режимов окисления церия до 4-валентного состояния электрохимическим методом, а также извлечения и очистки Се(IV) от РЗМ методом жидкостной экстракции. Эксперименты выполнены на модельных растворах нитрата церия и технологических растворах, полученных из лопаритового концентрата Соликамского магниевого завода. Определены условия и разработаны режимы работы оборудования, позволяющие на выбранной модели электролизера достичь степени окисления церия в технологических растворах РЗМ более чем на 99 % при расходе электроэнергии не более 0,8 кВт/ч на 1 кг СеО2, а на лабораторном каскаде из 20 экстракторов центробежного типа выделить церий из раствора концентрата РЗМ и получить СеО2 чистотой 99,6 %.

Исследованы особенности поведения кремния (в чистом виде – марки Кр0, и в виде лигатуры Сu–50 % Si) при введении его в окисленный медный расплав. Определено минимальное значение в нем кислорода, при котором введение кремния приведет к раскислению не по всему объему с формированием оксидов кремния, а к поверхностному, по границе «кремний – окисленный расплав меди», с образованием жидкого Cu–Si-сплава, не смешивающегося с основным расплавом и принимающего форму «шарика» общей массой 5–10 % от всего расплава. Описан механизм появления этих «шариков». Установлено, что на скорость их образования влияет количество кислорода в медном расплаве. Полученные результаты имеют ценность с практической точки зрения и могут быть использованы в производстве медных сплавов.

В пакете системы инженерного анализа ABAQUS осуществлено математическое моделирование процесса волочения заготовки, полученной прессованием титановой губки, с учетом возможности порообразования при деформации. Показано, что при малой вытяжке максимальная пористость формируется в равной степени за счет изменения существующих пор и возникновения новых дефектов, а с увеличением вытяжки она определяется в основном ростом вновь образующихся дефектов сплошности, область зарождения которых соответствует области растягивающих напряжений. При больших вытяжке и угле конусности объемная доля вновь образовавшихся дефектов существенно влияет на общую пористость, что увеличивает повреждаемость и может стать причиной обрыва прутка.

Получил дальнейшее развитие энергетический метод решения технологических задач обработки металлов давлением. Разработан алгоритм и приведены расчетные формулы для определения энергосиловых параметров процесса волочения полосы в монолитной волоке. Результаты расчетов удовлетворительно корреспондируются с данными экспериментальных исследований и позволяют расширить представление о характере распределения удельных сил трения в очаге деформации на основании баланса мощности этих сил и результирующей силы трения на поверхности заготовки. Метод эффективен при проектировании рациональных маршрутов волочения полосы в монолитной волоке.

Исследованы свойства наноструктурных мультислойных покрытий состава (Ti,Al)N–Mo2N, полученных методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения (arc-PVD). Толщина слоев покрытия сопоставима с размером зерна, который составлял порядка 30–50 нм. Твердость покрытий достигала 40 ГПа с относительной работой пластической деформации около 60 %. Методом измерительного царапания установлено, что когезионный характер разрушения покрытия происходит исключительно по механизму пластического деформирования, что свидетельствует о высокой его вязкости. Локальное истирание покрытия до подложки происходило при нагрузке порядка 75 Н. Коэффициент трения покрытия в условиях испытаний по схеме «стержень–диск» с применением контртела из Al2O3 при нагрузке 5 Н составлял 0,35 и 0,50 при температурах 20 и 500 °C соответственно. При этом оно практически не изнашивалось из-за образования в зоне трения оксида MoO3 (фазы Магнели), работающего в качестве твердого смазывающего материала. При дальнейшем повышении температуры испытания наблюдалось повышение коэффициента трения и появление заметного износа, что связано с интенсификацией процессов сублимации MoO3 с рабочих поверхностей и снижением эффективности его работы как смазывающего материала.

Исследована микроструктура сплавов Cu–Pb, содержащих 7, 32,50, 55 и 73 ат.% Pb, предварительно перегретых в жидком состоянии до температуры 1300 °С и закристаллизованных со скоростью охлаждения 10 °С/с. Показано, что перегрев расплава приводит к полному или частичному подавлению расслоения металла и формированию более однородной его структуры, что косвенно свидетельствует об изменении структурного состояния металлической жидкости. Обосновано применение гомогенизирующей термической обработки расплавов Cu–Pb путем перегрева до определенной для каждого состава температуры как способа получения массивных слитков с однородной структурой. Показано, что сплав Cu–50ат.%Pb, характеризующийся наибольшим значением энтропии смешения, является наиболее перспективной композицией для получения массивных слитков способом гомогенизирующей термической обработки расплава. Наименьшая разность значений микротвердости фаз на основе меди и свинца для сплава Cu–50 ат.% Pb определяет способность материала выдерживать механические нагрузки без остаточного формоизменения и разрушения, а также устойчивость к различным видам изнашивания.