Исследованы композиционные материалы на основе электролитического порошка меди, содержащие 1 и 5 мас. % порошка коллоидного графита, с добавлением в микроколичествах сульфата и ацетата меди. Материалы получали методами двойного холодного прессования в пресс-форме при давлении 600 МПа, промежуточного спекания (отжига) в водороде при температуре 870 °С и окончательного спекания в вакууме при предплавильной температуре меди. Методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, испытаний на прочность при трехточечном изгибе и определения электросопротивления исследовано влияние солей меди на плотность, пористость, удельное электросопротивление и прочность композиционных материалов медь–графит. Установлено, что с увеличением содержания графита повышаются пористость и удельное электросопротивление композиционных материалов, а прочность снижается. В материалах, содержащих сульфат меди, происходит восстановление меди из соли в виде нанодисперсных частиц на поверхностях и внутри графитовых чешуек, что способствует снижению удельного электросопротивления по сравнению с композитами медь–графит без добавок солей. При добавлении ацетата меди в композиционный материал восстановление меди из соли происходит преимущественно на поверхностях частиц графита в виде микродисперсных частиц и их сростков, так как раствор ацетата меди не смачивает графит. Удельное электросопротивление при этом было несколько больше, чем у композита с сульфатом, но меньше, чем у материала без солей. Прочность на изгиб исследованных материалов при введении солей понижалась за счет повышения пористости и появления дефектов кристаллического строения графита при его интеркалировании медью.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований качества диффузионной сварки композита бериллий–медь. Проведены численные исследования параметров гетеродиффузии диффузантов и толщины сварного шва пары Be–Cu в зависимости от температурно-временных режимов. В результате аналитических исследований было установлено, что толщина диффузионного шва в стыке Be–Cu изменяется от 26 до 345 мкм при увеличении температуры с 800 до 1000 °С и времени выдержки – от 20 до 120 мин. Расчетная толщина слоя при диффузионной сварке пары Be–Cu при t = 800 °C в течение 2 ч составляет 65 мкм: 15 мкм со стороны бериллия и 50 мкм со стороны меди. Обращает на себя внимание вероятность образования в диффузионном шве зоны интерметаллидного соединения CuBe₃, что является неблагоприятным фактором, снижающим механические свойства. Для теоретического обоснования модификации структуры и свойств диффузионной зоны проведены численные исследования сварки с использованием фольговой прокладки толщиной 10 мкм из материала, хорошо растворимого в бериллии, – никеля. Показано, что после температурно-временной экспозиции при t = 900 °С в течение 20 мин формируется диффузионно-сварной шов шириной 50 мкм. Его структура состоит из 2 однофазных зон твердых растворов на основе меди и бериллия, а также двух двухфазных зон, представляющих собой упрочненные интерметаллидами твердые растворы. Отсутствие в шве структурных зон, состоящих только из интерметаллидов (как это имело место при сварке диффузионной пары Be–Cu), позволяет ожидать снижения охрупчивающего сварной шов эффекта. Полученные результаты аналитических исследований могут служить основой методики теоретического прогнозирования качества диффузионной сварки композита бериллий–медь.

Исследованы композиционные керамические материалы на основе B₄C с добавлением TiB₂ в количестве 0, 10, 20, 25, 30 мол. %. Диборид титана был синтезирован из порошка TiO₂ и нановолокнистого углерода карбидоборным методом в индукционной печи при температуре 1650 °С в потоке аргона. Образцы получены методом горячего прессования при температуре 2100 °С и давлении 25 МПа в атмосфере аргона. Определен фазовый состав и измерены кажущаяся плотность и открытая пористость экспериментальных материалов. Микроструктуру оценивали методами оптической и растровой электронной микроскопии. Выявлено, что увеличение содержания TiB₂ снижает открытую пористость и увеличивает относительную плотность керамики на основе карбида бора. Для образца, содержащего 30 мол. % TiB₂, открытая порис­тость и относительная от теоретической плотность составили 1,6 % и 99 % соответственно. Методами рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов установлено, что полученные материалы состоят из двух фаз – B₄C и TiB₂. Средний размер зерен TiB₂ составил 0,85 ± 0,02 мкм для образца с 10 мол. % TiB₂ и 8,90 ± 0,25 мкм для материала с 30 мол. % TiB₂. Установлено, что при более высокой концентрации TiB₂ образуются крупные скопления зерен. Характер разрушения B₄C-зерен – внутризеренный, а для TiB₂-зерен характерно межзеренное разрушение. Для образца, содержащего 30 мол. % TiB₂, трещиностойкость составила 4,97 ± 0,23 МПа∙м^0,5, твердость – 3320 ± 120 HV_0,5. Таким образом, добавка TiB₂ в таком количестве позволила увеличить трещиностойкость на 30 % по сравнению с однофазным B₄C и сохранить высокий уровень твердости.

Загрязненная шахтная вода с большим количеством солей делает непригодными для хозяйственно-питьевых нужд подземные и поверхностные источники воды. В связи с необходимостью огромных затрат на очистку высокоминерализованных вод и недостаточной разработанностью дешевых технологий обезвреживания крупных объемов попытки очистить сбрасываемые или стекающие шахтные воды до безопасного уровня оказываются практически безрезультатными. В данной работе предложено одно из решений этой проблемы – сорбция растворенных в воде веществ на углеродсодержащем сорбенте, полученном из отходов производств. В качестве сорбционного углеродного материала применен биоуголь из плодовых оболочек зерен риса (рисовой соломы). Для наиболее эффективного действия сорбента выбран способ его подготовки электромагнитным методом в установке активации процессов, что позволило повысить содержание углерода в сорбенте с 43,3 до 78,5 % по сравнению с исходным биоуглем, снизить концентрации в нем примесей, а также измельчить его до 1–50 нм с образованием мезопор (средний диаметр по десорбции – 167 Å) и микропор (4,92 Å), тем самым улучшив однородность состава. Подтверждена эффективность полученного сорбента при обработке им сточных вод шахты им. Кирова (г. Новошахтинск, Ростовская обл.) в лабораторных условиях, в частности достигнуто снижение количества растворенных ионов тяжелых металлов – железа, цинка, марганца, на 89, 84 и 26 % соответственно. Рекомендована двухступенчатая сорбционная обработка шахтной воды: (1) сорбция в статических условиях с применением биоугля из плодовых оболочек зерен риса с электромагнитной обработкой дозой 0,5 г/дм³; (2) последующая реагентная обработка полученной суспензии СКиФ-180 дозой 1,0 мг/дм³, ввод перманганата калия с целью удаления содержащегося марганца, затем отстаивание в течение 30 мин в отстойных сооружениях и доочистка фильтрованием через безнапорный фильтр, загруженный биоуглем из рисовой соломы.

Представлены результаты исследования влияния температуры обработки поверхности алюминиевого покрытия на титановом сплаве ВТ6 в плазме дугового разряда низкого давления на микроструктурные и фазовые изменения. Ионно-плазменную обработку проводили в плазме дугового разряда низкого давления при температурах 450 и 500 °С в среде аргона. Алюминий наносили вакуумно-дуговым методом, толщина покрытия составляла ~3 мкм. Микроструктурные изменения исследовали с помощью растровой электронной микроскопии. Структурно-фазовый состав определяли по результатам расшифровки дифрактограмм, полученных при симметричной съемке в CuK_α-излучении. Показано, что после нанесения алюминиевого покрытия в результате нагрева при ионной очистке формируется приповерхностный α-стабилизированный слой толщиной до 2,5 мкм. Последующая ионно-плазменная обработка приводит к формированию интерметаллидной области TiAl₃ толщиной до 1,5 мкм, α-стабилизированная область увеличивается до 5,5 мкм. Выявлено, что повышение температуры обработки приводит как к увеличению толщины указанных выше областей, так и к появлению промежуточной интерметаллидной зоны TiAl.

Представлены результаты экспериментального исследования физико-механических свойств поверхностного слоя алюминиевого сплава ВАЛ10 после лазерного импульсного воздействия на структуру материала, проводимого в ванне с водным раствором полисиликатов (ПС) различной концентрации. Покрытия формировались на образцах размером 10×10×3 мм. Лазерная обработка образцов алюминиевого сплава была произведена с использованием Nd:YAG-лазера. Показано, что качество формируемой поверхности и ее свойства могут меняться в зависимости от параметров лазерного воздействия, а также концентрации раствора полисиликатов и технологии процесса обработки в целом. Рассеяние излучения слоем раствора ПС приводит к существенному снижению шероховатости поверхности. Для образцов, обработанных на воздухе, размеры кратеров на поверхности составили более 400 мкм, а для образцов, обработанных в растворе ПС, они не превышали 100 мкм. Проведен сравнительный анализ влияния концентрации раствора на элементный состав. Исследованы фрикционные характеристики и измерена микротвердость модифицированной поверхности. Установлено, что в результате обработки протекают процессы упрочнения поверхности, связанные с заполнением углублений высокопрочными оксидами. Это позволило получить в поверхностном слое образцов смесь, содержащую карбид кремния и оксид алюминия. Проведены исследования износа модифицированной поверхности в трибосопряжении «шарик – образец». Для образцов, подвергнутых лазерному воздействию в растворе ПС, характерны повышение износостойкости (величина износа уменьшилась на 40 %) и снижение коэффициента трения на 30 %, также установлено увеличение микротвердости.

В работе экспериментально подтверждена возможность расширения области использования стереолитографических прототипов. Предложены два способа изготовления пластиковых прототипов, позволяющие впоследствии заместить полимерный материал моделей на металл или керамику. Первый из рассмотренных способов предполагает дополнительные действия конструктора, проектирующего прототип на стадии моделирования, второй – заключается во внесении изменений в технологические процессы подготовки модели и изготовления прототипа на стереолитографической установке. Замещение материала происходит в две стадии. Первая – это холодное заполнение полостей в прототипе порошковым материалом или его смесью с водой. В качестве тестового материала был выбран порошок титана, хотя предлагаемая технология подразумевает возможность использования широкого спектра порошковых материалов – как металлических, так и керамических. Вторая стадия – последующий отжиг. При этом происходят удаление полимера и спекание металлического порошка с сохранением исходной формы и размеров прототипа. Термическая обработка полученных прототипов проводилась как в атмосфере аргона, так и при свободном доступе атмосферного воздуха. Использование различных газовых сред может приводить к протеканию химических преобразований в составе материала, заполняющего прототип. Проведенные эксперименты позволяют сделать вывод о перспективности дальнейшего технологического развития представленных подходов. Также не исключается возможность соединения двух рассмотренных способов в один для достижения оптимального конечного результата. Полученные данные могут способствовать расширению области использования стереолитографических установок – наиболее точных, распространенных и доступных машин на данный момент из широкого типоряда аддитивных аналогов.