В ИФПМ СО РАН разработана технология электронно-лучевой наплавки композиционных порошковых материалов на детали металлургического производства. Технология позволяет формировать градиентные покрытия различного функционального назначения с использованием твердых тугоплавких соединений (карбиды, нитриды, бориды). Получаемые покрытия обладают высокими значениями твердости, износостойкости и имеют литую структуру. Многолетний опыт развития электронно-лучевой наплавки в ИФПМ СО РАН позволил разработать и внедрить на Западно-Сибирском металлургическом комбинате (г. Новокузнецк) уникальную многоцелевую установку электронно-лучевой наплавки «ЛУНа-10» для упрочнения деталей металлургического оборудования.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

С применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены композиционные порошки «карбид титана – связка из высокохромистого чугуна или быстрорежущей стали Р6М5». Электронно-лучевые покрытия, наплавленные синтезированными порошками, исследованы методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Обсуждено влияние микроструктуры и фазового состава, а также объемного содержания и морфологии карбидной фазы в наплавленных покрытиях на их твердость и абразивную износостойкость.

В работе приведены результаты исследования низкоэмиссионных покрытий, полученных методом магнетронного напыления с ионным ассистированием на вакуумной установке, разработанной для обработки листового архитектурного стекла размером 2.6x1.605 м, и описание оригинальных устройств технологической установки.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельных спеченных композитов на основе стали в условиях сухого скользящего электрического контакта со стальным контртелом. Установлено, что композит на основе переработанной подшипниковой стали имеет высокие электропроводность и износостойкость при плотности тока выше 200 А/см2. Рассмотрено предположение, что этот эффект является следствием ультрадисперсной структуры этой стали, позволяющей формировать вторичные структуры с высокой пластичностью.

Выполнена ковка с переменой оси осаживания циркониевого сплава Г110 со ступенчатым понижением температуры прессования от 500 до 200 °С. В процессе ковки фиксировалось приращение деформации на единицу нагрузки, а также проводились электронно-микроскопические исследования структуры сплава на различных этапах ковки с переменой оси осаживания. Описаны особенности структуры и определено распределение субзерен по размерам в сильнодеформированном сплаве Г110 после суммарной его деформации до 450 %.

Изучено формирование нановолокон оксигидроксида алюминия на поверхности микроволокон различной химической природы и размера. Методами сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии установлено, что нановолокна оксигидроксида алюминия могут формироваться в виде слоя из отдельных нановолокон и в виде агломератов нановолокон в зависимости от химического состава и диаметра волокна.

Для очистки от воды и механических примесей отработавших моторных масел в качестве фильтрующих материалов использованы полимерные волокна из вторичных термопластов (полипропилен, полиэтилентерефталат) и базальтовое волокно. Показано, что наиболее технологично в применении и эффективно базальтовое волокно. Модификация этого волокна глиной и карбамидом способствует улучшению его эксплуатационных характеристик.

Большинство разрабатываемых в РФ месторождений нефти характеризуется высокой обводненностью продукции, а новые месторождения - низкой проницаемостью, высокой вязкостью нефти и сложными горно-геологическими условиями. Применение гель-технологии при пароциклическом и паротепловом воздействии на пласты позволяет управлять фильтрационными потоками, ограничивать водоприток. Промысловая практика показывает, что использование такой комплексной технологии приводит к увеличению охвата пласта закачкой пара, снижению обводненности продукции, увеличению дебитов по нефти на 11-33% и в конечном счете - к увеличению нефтеотдачи.

Добыча и промысловая транспортировка обводненных высокопарафинистых нефтей сопровождается нежелательным отложением асфальтосмолопарафино-вых образований (АСПО) на стенках трубопроводов и технологического оборудования. В результате многочисленных исследований было установлено, что основными факторами, определяющими формирование осадка из нефти, являются: снижение растворяющей способности нефти по отношению к парафину, которая зависит от температуры, изменение давления, потери легких фракций, физико-химического состава (наличие смолисто-асфальтеновых веществ), присутствия в нефти воды и механических примесей. На основе анализа результатов исследований предложены тип и концентрация ингибиторов, а также температурные условия, обеспечивающие предотвращение осадкообразования.

Проведен обзор закономерностей изменений физико-химических свойств тяжелых высоковязких нефтей Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Приведены данные статистического анализа свойств тяжелых высоковязких нефтей (ТВВН) в зависимости от литологической характеристики нефтевмещающих пород. Установлено уменьшение плотности (р) и вязкости (м) нефтей с увеличением глубины залегания. Показано, что максимальное значение ρ и м ТВВН наблюдается в нефтевмещающих породах нижней перми, а минимальное - в отложениях девона. По физико-химическим свойствам тяжелые высоковязкие нефти в среднем являются сернистыми, высокосмолистыми, среднеасфальтенистыми, со средним содержанием фракции н.к. 300 °С и малопарафинистыми.

Приведен анализ пространственных и временных изменений физико-химических свойств нефтей с низким содержанием парафинов. Рассмотрены закономерности их регионального размещения. Изучены особенности изменения свойств нефтей в зависимости от глубины залегания и возраста пород. Показано, что максимальное содержание парафинов в рассматриваемых нефтях наблюдается в мезозойских отложениях.

В обзоре приведены наиболее интересные из описанных в литературе сведений по разработке сорбентов на основе торфа и возможностям их практического применения для очистки загрязненных сред от нефти и нефтепродуктов, металлов, поверхностно-активных веществ и др. Торф является дешевым, доступным и эффективным сорбентом широкого ряда загрязнителей биосферы. Он может использоваться как самостоятельно, так и в составе комбинированных сорбентов и композиционных материалов комплексного действия.

Методами вискозиметрии, пенетрации шарообразного идентификатора и отрыва металлической пластинки от полимерного тела изучены реологические и поверхностные свойства смесей полимеров на основе водных растворов полиакриламида и поливилового спирта. Исследована зависимость работы адгезии от вида наполнителя и времени формирования полимерных композиций.

Предложена геометрическая модель, описывающая особенности перемещения и дисторсии концевых областей, возникающих в образцах при РКУП. Показано, что на ряде маршрутов РКУ-прессования объем, занимаемый концевыми областями, может быть относительно большим. В таких случаях формирующаяся структура будет отличаться сильной неоднородностью, особенно в относительно коротких образцах или при малом числе прессований.

Исследована адсорбция нефти, дизельного топлива и бензина в динамических условиях при пропускании водных эмульсий через чередующиеся слои двух типов адсорбентов - высокодисперсного порошкового на основе оксидно-гидроксидных фаз алюминия и базальтового волокна. Установлено, что независимо от типа нефтепродуктов их адсорбция описывается общей линейной изотермой. Показано, что два слоя порошкового адсорбента и три слоя высокоемкого волокнистого адсорбента позволяют очищать эмульсии с исходным содержанием 230-300 мг/л до уровня требований санитарных норм.

Методом микрокалориметрии исследовано явление образования вторичного ингибитора в процессе ингибирования жидкофазного радикального окисления высокомолекулярными гетероатомными соединениями нефти. Исследованы смолисто-асфальтеновые вещества различного происхождения; показано, что в процессе модельной реакции радикального окисления под действием пероксидного радикала из нефтяных соединений образуются новые структуры с фенольными и хиноидными группами, выполняющие роль вторичного ингибитора. На основе разности между мощностями тепловыделения в режиме инициированного и ингибированного окисления предложена формула для расчета констант скорости вторичного ингибирования ky. Показано, что константы ky существенно меньше по величине, чем константы скорости ингибирования для исходного нефтяного ингибитора.

Изучена каталитическая активность бинарных ванадий-молибденовых и ванадий-вольфрамовых оксидных систем в процессе окисления этиленгликоля. Высокую активность в парциальном окислении этиленгликоля с образованием формальдегида и муравьиной кислоты проявляют катализаторы с содержанием вводимого в V2O5 оксида металла до 30 мол. %. Увеличение количества добавки выше 30 мол. % приводит к смене направления процесса в сторону образования эфиров этилен-гликоля.

Описаны результаты интегрального структурного анализа сырых нефтей, добываемых на ряде месторождений Сахалина из отложений верхнего и среднего миоцена, а также содержащихся в этих нефтях смолисто-асфальтеновых веществ. Вскрыты основные региональные закономерности изменения средних структурных параметров нефтяных компонентов в зависимости от глубины залегания продуктивных пластов и направления трансформации молекул в условиях перегонки нефти.

Разработана методика определения следовых количеств нефтепродуктов в воде методом газовой хроматографии с водяным паром в качестве газа-носителя. Для подготовки проб использовали твердофазную микроэкстракцию. Предложен способ стабилизации и гомогенизации проб воды перед анализом, а также способ удаления полярных компонентов пробы. Оценены показатели прецизионности и правильности предложенной методики для водных растворов смеси дизельного топлива и масла с концентрациями, близкими к ПДК. Относительная погрешность измерения составляет не более ±25% в диапазоне концентраций нефтепродуктов 0.05-0.5 мг/л.

Впервые изучены восемь образцов нефтей, полученных из эксплуатационных скважин четырех месторождений северной части Ульяновской области. Показано высокое содержание сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ, твердых углеводородов в изученных нефтях, оценены вклады сернистых соединений в состав отдельных групп нефтяных компонентов. Установлены физико-химические характеристики и средние структурные параметры молекул, содержащихся в масляных, смолистых и асфальтеновых компонентах этих нефтей. Вскрыты существенные структурные различия между этими нефтяными фракциями и характера их изменений под воздействием природных факторов. Отмечены трудности химической типизации изученных нефтей и ряд аномалий в их составе.

Выделены широкие фракции карбонилсодержащих соединений из 6 нефтей различных стратиграфических комплексов Западной Сибири. Методом масс-спектрометрии структурно-группового состава и распределения по числу углеродных атомов кетонов в выделенных концентратах показано наличие гомологических рядов кетонов, включающих соединения от 10 до 32 атомов углерода в молекуле. Методом ГЖХ определено, что в нефтях различного типа присутствует ряд алканонов-2 с распределением по молекулярной массе, характерной для каждой нефти. Наблюдается тенденция уменьшения молекулярных масс алканонов-2 при погружении залежи нефти.

Методом вибрационной вискозиметрии изучено восстановление механически разрушенной кристаллизационной структуры высокопарафинистой нефти. Зарегистрирована быстрая начальная стадия процесса. Измерено механическое сопротивление разрушенной и сформировавшейся структуры. Для описания кинетики процесса предложено релаксационное уравнение.

Проанализированы основные аспекты проблемы, связанной с наличием металлов в нефтях и продуктах их переработки: химмотологический, технологический, экологический, утилитарный, геохимический. Обобщена представленная в научно-технической и патентной литературе информация о способах извлечения (удаления) металлсодержащих соединений из нефтей, родственных природных объектов и их фракций.

Предложена и численно проанализирована модель фильтрационного сжигания несжимаемого газа в пористом теле горелки цилиндрической формы, работающей в стационарном режиме, при условии идеального внутреннего теплообмена и с учетом взаимодействия с теплообменником. Получено аналитическое решение. пригодное для оценки температуры и термических напряжений в горелочном устройстве. Построены распределения температуры, механических напряжений, типичные для стационарных условий работы горелочного устройства, а также зависимости скорости сжигания газа, радиационного потока тепла от технологических параметров.

В условиях температурно-программируемого нагрева в интервале 375-425°С структурные параметры асфальтенов и смол продуктов термического растворения барзасского липтобиолитового угля практически не изменяются. Это свидетельствует о минимальном вкладе процессов вторичного термокрекинга, поэтому полученные данные можно использовать с большей достоверностью для характеристики исходной структуры угля.

В экспериментах, проведенных а образцах из малоуглеродистой стали, деформирующейся развитием полосы Чернова-Людерса с последующим параболическим деформационным упрочнением, установлена взаимосвязь между макроскопической локализацией пластического течения и пространственно-временным распределением сигналов акустической эмиссии. Показано. что при движении фронта полосы с постоянной скоростью акустическая эмиссия различается на разных этапах движения такого очага локализации. Возникающие на стадии параболического деформационного упрочнения неподвижные очаги локализованного течения оказываются пространственно связанными с неоднородностью деформации при движении полосы Чернова-Людерса.

Проведены экспериментальные исследования акустической эмиссии (ФЭ) при пластической деформации образцов из низкоуглеродистой стали. Полученные данные о локализации сигналов АЭ по образцу во времени позволяют следить за перемещением полосы деформации Чернова-Людерса. Проанализированы основные информативные параметры акустической эмиссии на различных стадиях пластического течения. Результаты сопоставлены с данными спекл-видеосъемки и подтверждены их соответствием. Обсуждены возможности определения с помощью акустической эмиссии стадийности пластической деформации и характеристик полосы деформации Чернова-Людерса.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа обнаружен и исследован эффект частичного восстановления поверхности монокристалла цинка при комнатной температуре после индентирования базисной плоскости. Установлено, что восстановление глубины отпечатка в зависимости от времени происходит в одну стадию, а восстановление латеральных размеров отпечатка - в две стадии с разными значениями энергии активации процесса, которые оказались меньше энегии активации объемной самодиффузии цинка. Обсуждаются возможные механизмы поверхностной самодиффузии атомов цинка, приводящие к росту кристаллов на поверхности отпечатка. Показано, что динамика дефектов, наблюдаемая на поверхности образца в области отпечатка после его выдержки при температуре 100С в течение 15 мин. связана с выходом термически созданных вакансий из объема образца.

Предложен и обсужден автоволновой механизм локализации пластической деформации. Показано, что эффект локализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационного скольжения, двойникования, деформации за счет фазового превращения). обсуждаются величина и природа таких характеристик автоволн, как скорость распространения, дисперсия и длина волны. Формулируются основные представления о механизме генерации автоволн в системах, расслаивающихся на информационную и динамическую подсистемы.

В статье исследована кинетика процесса макролокализации в материалах, деформационные кривые которых на третьей стадии имеют дискретно изменяющийся показатель параболичности. Установлено, что в таких условиях помимо известных ранее картин локализации: движущегося одиночного фронта деформации, эквидистантнных подвижных очагов локализации, стационарных картин пространственно периодических максимумов деформации и уединенного неподвижного очага локализации в области формирования шейки разрушения, обнаружен новый тип, где все зоны локализации стремятся ассоциироваться в месте предстоящего разрушения. Предложен способ оценки времени и места разрушения по параметрам распределений локальных деформаций названного типа.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики и неравновесной термодинамики предложен механизм измельчения кристаллической структуры при интенсивной пластической деформации твердых тел. В основе данного механизма при наноструктурировании металлических материалов лежит фрагментация изогнутых полосовых структур, содержащих подполосы основного и дефектного материала. В ходе фрагментации кристаллических подполос подполосы дефектной фазы заполняют границы разориентированных фрагментов. Важную роль в данном процессе играет «шахматное» распределение растягивающих и сжимающих нормальных и касательных напряжений на интерфейсе основного и дефектного материала. Рассмотрен вопрос о нижнем пределе измельчения исходной кристаллической структуры при различных методах интенсивной пластической деформации.

Построена модель для оценки средних механических напряжений в системе «растущее покрытие – плоская подложка». Найдено аналитическое решение задачи. Выявлены основные параметры, которые отвечают за динамику роста напряжений в покрытии и в подложке. Исследовано влияние параметров на качественные закономерности эволюции напряжений в материале с растущим покрытием.

В работе на примере алюминиевых сплавов, обладающих начальной анизотропией упругих и пластических свойств, проведено численное моделирование ударного нагружения анизотропной преграды с использованием различных условий пластичности. Упругопластическое деформирование анизотропной преграды моделируется в трехмерной постановке методом конечных элементов на основе теории течения. Показано, что с увеличением скорости нагружения с 300 до 600 м/с влияние выбора условия пластичности на результаты расчетов напряженно-деформированного состояния анизотропной преграды возрастает.

Работа посвящена моделированию процессов зарождения и развития локализованной пластической деформации в образцах низкоуглеродистой стали со сварными соединениями. Для описания распространения полос Людерса используется модель на основе двупредельного критерия пластического течения. Исследовано поведение трехмерных сварных образцов с градиентным и скачкообразным изменением механических свойств в зоне термического влияния. Показано, что характер эволюции пластической деформации в сварных образцах зависит от механических характеристик зоны термического влияния и конкурирующих процессов концентрации напряжений вблизи захватов испытательной машины и границ раздела «шов – зона термического влияния – основной металл».

Методом численного моделирования анализируются процессы деформирования и разрушения угольного композита, содержащего заполненную газом полость сложной геометрии. Показано, что в зависимости от глубины залегания угольного пласта происходят качественное изменение напряженно-деформированного состояния и смена механизмов разрушения горной породы. Рассмотрена возможность использования данного эффекта при разработке газовых (нефтяных) месторождений.

В работе предложен способ оценки напряжений и деформаций в процессе бомбардировки нитридного покрытия ионами алюминия и бора. Задача сводится к описанной в литературе задаче о напряженном состоянии пластины с различными свойствами по толщине. Для оценки термических напряжений в образце в первом приближении используются известные задачи термоупругости, в том числе имеющие аналитические решения. Каждый расчет дает полную информацию о распределении концентраций элементов соединений и фаз, а так же о динамике изменения напряжений и деформаций в различных слоях образца.

Исследования последних лет показали, что ряд актуальных проблем в нефтепереработке могут быть решены за счет использования принципиально новых технологических процессов, базирующихся на взаимодействии исходного сырья с озоном. Включение таких процессов в технологические схемы действующих НПЗ приводит к резкому увеличению выхода дистиллятных топлив, значительному смягчению условий термической переработки сырья. Появляется возможность отказаться от использования катализаторов и водорода при существенном повышении глубины очистки нефтяных фракций от вредных сернистых и полициклоароматических соединений, организовать производство новых дешевых продуктов, применимых в различных отраслях народного хозяйства.

С помощью инфракрасной спектроскопии в разбавленных растворах асфальтита в присутствии полярного растворителя хлороформа регистрируются проявления валентных колебаний несвязанных гидроксильных и сульфоксидных групп, а также межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий гидроксильных и сульфоксидных групп, в зависимости от концентрации. В присутствии неполярного растворителя четыреххлористого углерода, обладающего низкой степенью обменного взаимодействия, в ИК-спектре наблюдаются поглощения валентных колебаний гидроксильных и сульфоксидных групп, связанных слабым внутримолекулярным взаимодействием.

Проведено исследование деформационного поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического технически чистого титана. Основной особенностью поведения СМК-материала является наличие на диаграммах нагружения продолжительного участка предразрушения, где деформирование происходит практически без упрочнения. На этой стадии наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные домены локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места разрушения. Установлено, что в СМК-титане локальная и глобальная потеря устойчивости пластического течения еще до начала формирования макроскопической шейки, т. е. локальная потеря устойчивости происходит сравнительно рано, хотя на глобальном уровне материал продолжает деформироваться квазиоднородно. Полученные результаты могут быть использованы для корректировки режимов обработки давлением наноструктурных и субмикрокристаллических материалов.