119991, Москва, Ленинский проспект, 49
Лаборатория «Плазменные процессы в
металлургии и обработке материалов
Цветков Юрий Владимирович, член-корреспондент РАН, д.т.н., профессор
Тел.: (095) 135-32-18
Факс: (095) 135-32-18
e-mail: tsvetkov@imet.ac.ru
В соответствии с основным направлением руководимой Ю.В. Цветковым научной школы как и в предыдущие годы осуществлялась разработка физикохимических основ взаимодействия термической плазмы с веществом и установление закономерностей (кинетика и механизм) воздействия термической плазмы на обрабатываемое вещество в различных агрегатных состояниях применительно к оптимизации плазменных процессов в металлургии и обработке материалов для получения конструкционных и функциональных материалов с особыми свойствами при обеспечении совместимости с окружающей средой и энерго- и ресурсосбережения.
Основные достижения коллектива в 2004 году.
· вышла в свет монография Е.К. Казенас — «Термодинамика испарения двойных оксидов» М. «Наука», 2004, 511 с (44,9 печ.л.);
· завершены работы по исследованию методом высокотемпературной масс-спектрометрии термодинамики испарения молибдата и вольфрамата магния;
· проведены экспериментальные исследования термодинамики испарения вольфрамата кальция;
· выполнен очередной важный этап отработки процесса нанесения биоактивных композиционных покрытий на реальные внутрикостные тазобедренные имплантаты. Подтверждена возможность создания композиционных материалов с объемной границей раздела между имплантатом и костной тканью. Макроструктура такой границы раздела сформирована трехмерными капиллярно-пористыми (ТКП) титановыми покрытиями, имеющими рекордную сдвиговую прочность, 300 МПА, что в 6 раз выше сдвиговой прочности традиционных пористых покрытий.
Исследования поверхности ТКП титановых покрытий с помощью количественного морфологического анализа изображений растрового электронного микроскопа (РЭМ) позволили выявить закономерности распределения групп пор различного размера в структуре покрытий. Биоактивные покрытия, нанесенные методом микродугового оксидирования, позволяют сделать процесс интеграции имплантата в костной системе животного более быстрым и механически более надежным;
· разработана методика экспериментального моделирования полимерных композиционных материалов (КМ), упрочнённых многофиламентными волокнами. Рассмотрены две возможности повышения качества полимерных КМ: 1) обработкой волокна плазмой и 2) пропиткой волокна матрицей в вакууме. Показано, что свойства КМ, упрочнённых ВВПЭ-волокнами, во многом определяются технологией их создания, которая должна обеспечивать пропитку волокна матрицей и прочно соединять их на границе раздела. Для увеличения прочности соединения волокна с матрицей можно применять низкотемпературную плазму для обработки волокна. Такая обработка повышает прочность соединения ВВПЭ-волокна с матрицей ЭД-20 в 2 раза при пропитке на воздухе и в 3 раза при пропитке в вакууме;
· на разработанной и созданной в качестве прототипа металлургического модуля энергометаллургического комплекса опытно-экспериментальной установке проведены экспериментальные исследования плазменного жидкофазного восстановления железа метаном. Получены слитки железа высокой чистоты – суммарное содержание примесей не превышает 0,5%. Определен энергоматериальный баланс опытно-экспериментального восстановительного модуля при восстановлении железа метаном. Дан сравнительный анализ макроэнергетических показателей восстановления железа по технологиям традиционной домна-конвертер и энергометаллургического комплекса. Определены рабочие параметры процесса, обеспечивающие формирование слитка железа диаметром 100 мм;
· применительно к разработке технологии комбинированной очистки природных и сточных вод изучалось окисление органических соединений в разбавленных водных растворах при взаимодействии с возбужденными атомами и радикалами, генерируемыми в низкотемпературной плазме;
· экспериментально изучена макрокинетика реакций образования пероксида как активного окислителя органических соединений при различных параметрах плазменной струи (состав, энтальпия), температура раствора в условиях взаимодействия плазменной струи с водной средой;
· экспериментально исследованы варианты технологических схем и режимов очистки загрязненной воды при воздействии плазмы. При обработке водного раствора фенола кислородсодержащей плазмой достигнута 98% степень превращения фенола. Аналогичные характеристики и управляющие факторы имели место при плазменной очистке воды, загрязненной бутанолом;
· установлено, что термическая кислородсодержащая плазма – эффективный источник активных окислителей для осуществления реакций полного окисления присутствующих в воде органических примесей до диоксида углерода и воды;
· применительно к разработке физикохимии и технологии плазменного восстановления и синтеза как способа получения наноматериалов выполнены исследования синтеза нанопорошка карбида вольфрама на основе наноразмерных порошков системы W-C, полученных в потоке термической плазмы электрического разряда;
· проведены расчеты равновесных составов системы W-O-C-H-N применительно к синтезу карбида вольфрама из триоксида вольфрама и метана в высокотемпературном потоке смеси водород-азот. Определены условия синтеза монокарбида вольфрама, не содержащего примесей углерода;
· выполнены экспериментальные исследования синтеза нанопорошков системы W-C в плазменном реакторе с целью получения конечного продукта с минимальным размером частиц. Рассмотрено влияние соотношений исходных реагентов. состава и энтальпии плазменной струи, тепловых режимов работы реактора на химический, фазовый и дисперсный состав получаемых продуктов;
· сформулированы инновационные предложения по комплексным технологиям переработки техногенного сырья, бытовых и промышленных отходов, очистки сточных и природных вод с использованием плазменного нагрева и химико-металлургических процессов.
Все полученные результаты являются новыми.