Объем ежегодно образующихся отходов кремниевого производства в Иркутской обл. составляет 20 тыс. т/год, а объем накопленных на трех шламовых полях АО «Кремний» отходов превышает 3 млн м3. Основным видом отходов производства кристаллического кремния является пыль систем газоочистки рудно-термических печей. В связи с этим в настоящей работе проведено исследование ее химического состава и возможностей использования входящих в ее состав ценных компонентов – аморфного кремнезема и углеродных нанотрубок (УНТ). Показана возможность разделения данного продукта методом флотации на 3 составляющие – песковую фракцию, камерный продукт, обогащенный SiO₂, и пенный продукт, обогащенный углеродом в форме УНТ. Изучена структура углеродных нанотрубок и определены их физико-механические свойства: модуль упругости (2000 ГПа), предел прочности (75 ГПа) и теплопроводность (4000 Вт/(м·K)). Проведены расчеты количества тепла, необходимого для получения 1 кг УНТ в рудно-термических печах. На основе материального баланса электроплавки технического кремния установлено, что в ходе эндотермического процесса на 1 т кристаллического кремния образуется 153 кг УНТ, а также 336 кг камерного продукта, который на 75 % состоит из частиц аморфного микрокремнезема. По результатам расчетов теплового эффекта и энергии Гиббса реакций образования аморфного микрокремнезема выявлено, что все процессы являются экзотермическими, а наибольшей термодинамической вероятностью обладает процесс окисления кислородом воздуха твердых частиц карбида кремния (2SiC+ 3O₂ → 2SiO₂ + 2CO). Проведен расчет экономической эффективности использования аморфного кремнезема для получения литейных силуминов, результаты которого наглядно демонстрируют быстрый срок окупаемости (6 мес.), а также высокий уровень его доходности (819 672 долл. США).

Гистерезисные сплавы на основе системы Fe–Cr–Co представляют научный и практический интерес, в первую очередь за счет технологичности изготовления, высокого уровня и температурной стабильности магнитных свойств, обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики гистерезисных магнитов, такие как остаточная магнитная индукция, коэрцитивная сила и коэффициент прямоугольности петли. Целью работы являлось регулирование и стабилизация магнитных свойств гребневого сплава на основе системы Fe–Cr–Co с использованием повторного старения. Исследован магнитотвердый порошковый сплав 22Х15К4МС после закалки и многоступенчатого старения. Заготовки получены методом холодного прессования при давлении 600 МПа и последующим спеканием в вакууме. Образцы, полученные спеканием в α-фазе в присутствии жидкой фазы, образующейся при контактном плавлении, имели пористость до 1 %. Концентрационная неоднородность распределения хрома и кобальта составила 0,06–0,08. Методами электронной микроскопии определены параметры магнитной структуры сплава. Установлена связь кинетики формирования магнитной структуры при старении и уровня магнитных свойств. После старения тонкая структура сплава 22Х15К4МС представляла собой вытянутые участки α₁-фазы в матрице из α₂-фазы. После первой ступени старения средние размеры частиц α₁-фазы составляли около 124 нм в длину и порядка 44 нм в ширину и после окончательного старения не изменялись. Показана возможность регулирования магнитных свойств повторным старением без перезакалки. Установлено незначительное изменение размеров и морфологии частиц магнитной фазы в процессе старения. Определено влияние количества циклов повторного старения на стабильность магнитных свойств во времени.

Одной из главных проблем, ограничивающих дальнейший рост производства деталей методом горячей штамповки пористых заготовок (ГШПЗ), является склонность получаемых материалов к хрупкому разрушению, что связано с неудовлетворительным качеством межчастичного сращивания, формирующегося при горячей деформации, а также с наличием примесей в составе исходных порошков. В работе исследована возможность повышения механических свойств и характеристик выносливости горячедеформированных порошковых сталей за счет введения микродобавок натрия или кальция и применения термомеханической обработки. При микролегировании использовали бикарбонат натрия и карбонат кальция. Углерод вводили в виде порошка карандашного графита. Температуру нагрева пористых заготовок перед горячей штамповкой и концентрацию углерода в сталях варьировали, содержание микролегирующих добавок составляло, мас. %: Na – 0,2 и Ca – 0,3. Оценку механических свойств, а также контактной и малоцикловой усталостной долговечности осуществляли на призматических образцах размером 5 × 10 × 55 мм и 10 × 10 × 55 мм и цилиндрических – размером ∅ 26 × 6 мм. Показано, что по сравнению с процессами цементации и термообработки проведение термомеханической обработки обеспечивает повышение ударной вязкости и характеристик выносливости горячедеформированных порошковых сталей с микродобавками Na или Ca в условиях воздействия контактного и малоциклового усталостного нагружения, а также снижение температуры горячей допрессовки пористых заготовок без ухудшения механических показателей получаемых порошковых сталей. Это может быть связано с формированием более мелкозернистой структуры и бóльших микронапряжений кристаллической решетки. Подстуживание поверхностных слоев заготовки при выполнении технологических операций горячей штамповки создает условия реализации в них аусформинга.

Представлены результаты исследования по получению методом СВС-компактирования плотного карбида титана. Выявлено, что использование механически активированной реакционной смеси порошков титана и сажи позволяет получить образцы карбида титана с максимальной относительной плотностью 95 %. Особенностью настоящей работы является то, что механическую активацию компонентов и смешивание смеси Ti + C проводили в шаровой мельнице. Исследовано влияние технологических параметров на характеристики горения и структуру консолидированного карбида титана. Установлено, что для получения высокоплотного карбида титана необходимым условием является реализация режима высокоскоростного горения реакционной смеси. Показано, что скорость и температура горения сильно зависят от размеров, массы и плотности шихтовых прессовок. При увеличении диаметра (20–58 мм) и массы (10–70 г) прессованных образцов из смесей с активированными реагентами скорость горения менялась от 10 до 100 см/с, а температура горения – от 2200 до 3100 °С. Показано влияние давления подпрессовки (прикладываемое на стадии горения) на скорость и температуру процесса горения: скорость резко снижается от 100 до 10 см/с в интервале давлений 0–10 МПа, а температура монотонно уменьшается от 3000 до 2000 °С при давлении 0–40 МПа. Предложен механизм высокоскоростного горения реакционной смеси титана и сажи, в котором важным фактором является образование радиальных (продольных) трещин в образцах, спрессованных из механически активированной смеси. Они обеспечивают распространение раскаленных примесных газов и инициирование экзотермической реакции в объеме образца.

Применяя технологию центробежного СВС-литья, получены сплавы системы NiAl–Cr–Co–X, где Х = 2,5÷ ÷15,0 мас.% Mo и до 1,5 мас.% Re. Исследовано влияние модифицирующих добавок на процесс горения, а также фазовый состав, структуру и свойства литых сплавов. Введение до 15 % Mo и 1,5 % Re по совокупности свойств обеспечило наибольший прирост свойств относительно базового сплава. Молибден, образуя пластичную матрицу, повысил прочностные свойства до следующих значений: предел прочности σ_в = 1730±30 МПа, предел текучести σ_0,2 = 1560±30 МПа и пластическая составляющая деформации ε_пд = 0,95 %, а отжиг при t = 1250 °С увеличил их до уровня σ_в = 1910±80 МПа, σ_0,2 = 1650± ±80 МПа и ε_пд = 2,01 %. Рений модифицировал структуру сплава и улучшил его свойства до σ_в = 1800±30 МПа, σ_0,2 = 1610± ±30 МПа и ε_пд = 1,10 %, а отжиг дополнительно увеличил их до значений σ_в = 2260±30 МПа, σ_0,2 = 1730±30 МПа и ε_пд = 6,15 %. Методом наноиндентирования определены механические свойства фаз NiAl, (Ni,Cr,Co)₃Mo₃C, Ni₃Al, (Cr,Mo) и MoRe₂, а также гипотетической фазы Al(Re,Ni)₃. Показано, что локальное разупрочнение при отжиге с t > 850 °С повышает долю пластической деформации при испытаниях на сжатие, что связано с потерей когерентности границ наноразмерных дисковых выделений на основе Cr с пересыщенным твердым раствором по типу структурного превращения Гинье–Престона. Установлена иерархическая 3-уровневая структура сплава NiAl–Cr–Co–15%Mo: первый уровень образуют дендритные зерна β-NiAl с прослойками молибденсодержащих фаз (Ni,Co,Cr)₃Mo₃C и (Mo_0,8Cr_0,2)_xB_y с размером ячеек до 50 мкм; второй – упрочняющие субмикронные частицы Cr(Mo), распределенные вдоль границ зерен; третий – когерентные нановыделения Cr(Mo) (10–40 нм) в теле дендритов β-NiAl. Используя методики механического измельчения литого сплава, получен порошок-прекурсор со средним размером частиц D_ср = 33,9 мкм для последующей сфероидизации.

Многие детали машин, работающие в контакте с быстротекущим потоком жидкостей (например, лопасти турбины гидростанций, клапаны, лопасти крыльчатки насосов, корабельные винты, системы охлаждения различных агрегатов и т.п.), подвергаются одному из видов износа – кавитационной эрозии. Исключение или уменьшение кавитационной эрозии является важной задачей, так как позволяет достичь большого экономического эффекта. В данном исследовании предложена разработанная и запатентованная методика для оценки стойкости металлокерамических газотермических покрытий (WC–10Co4Cr и WC–20CrC–7Ni) против кавитационной эрозии. Для получения металлокерамических покрытий использовался метод сверхзвукового газовоздушного напыления. Цель работы состояла в испытании новой методики оценки стойкости покрытий против кавитационного воздействия, которая отличается от стандартного метода расположением испытуемого образца относительно жидкости, используемой при испытании. Кроме того, проведен анализ структуры полученных покрытий в исходном состоянии перед испытаниями и изучено их поведение после кавитационного воздействия с применением растровой электронной микроскопии. Критерий потери объема материала в процессе кавитационного воздействия был использован для оценки стойкости покрытий. Результаты проведенных испытаний показали, что покрытие WC–20CrC–7Ni имеет несколько более высокую кавитационную стойкость по сравнению с составом WC–10Co4Cr, несмотря на его немного меньшую среднюю твердость (850±90 HV_0,5 против 950±60 HV_0,5). Исследование поверхности и поперечных сечений покрытий показало, что они характеризуются разными механизмами эрозионного разрушения. Можно сделать вывод, что наличие дефектов (пор) в структуре покрытий является основной причиной, способствующей снижению их стойкости против кавитационной эрозии. Таким образом, разработанная методика доказала свою эффективность при получении экспериментальных данных для анализа кавитационного износа металлокерамических газотермических покрытий.

Методом высокомощного импульсного магнетронного распыления (HIPIMS) были получены покрытия системы Zr–B–N в газовых средах Ar, Ar + 15%N₂ и N₂ с использованием СВС-мишени ZrB₂. Распыление проводилось при следующих параметрах: средняя мощность – 1 кВт, пиковая мощность – 70 кВт, пиковый ток – 130 А, частота – 100 Гц, длительность импульса – 200 мкс. Рабочее давление в вакуумной камере составляло 0,1–0,2 Па, расстояние между подложкой и мишенью – 80 мм, время осаждения покрытий – 40 мин. В качестве подложек использовались стекло, кремний и быстрорежущая сталь. В целях сравнения эффективности процесса HIPIMS покрытия наносились также методом магнетронного распыления на постоянном токе (DCMS) при средней мощности 1 кВт. Состав и структура покрытий исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда, спектроскопии комбинационного рассеяния света, инфракрасной спектроскопии и рентгенофазового анализа. Изучены механические, трибологические и оптические свойства покрытий Zr–B–N, а также стойкость к ударно-динамическим воздействиям. Все полученные покрытия характеризовались плотной структурой и отсутствием столбчатых зерен. С помощью спектроскопических структурных исследований покрытий было выявлено, что при осаждении в реакционной среде образуется фаза BN, которая оказывает существенное влияние на микроструктуру и характеристики покрытий. Показано, что увеличение концентрации азота в газовой смеси при осаждении покрытий Zr–B–N приводит к повышению оптического коэффициента пропускания покрытий до 97 %, стойкости к циклическим ударно-динамическим нагрузкам на 40 % и снижению начального коэффициента трения на 60 %. Выявлено, что максимальными твердостью (19 ГПа) и модулем упругости (221 ГПа) обладает нереакционное покрытие.