Проведено научное обоснование выбора и подготовки твердофазного исходного сырья, проанализированы термодинамические и кинетические аспекты твердотельного гидридного синтеза (ТГС) металлических продуктов на примере восстановления дихлорида никеля. Описаны режимы предварительного обезвоживания и методики контроля полного удаления кристаллогидратной воды из хлоридного сырья и оленегорского суперконцентрата – природного оксидного сырья. Установлены условия, включая размеры частиц исходного твердого хлорида, при которых минимизируются диффузионные осложнения восстановления до металла в парах метилдихлорсилана. Проведены термодинамические оценки возможности восстановления в равновесных условиях хлоридов и оксидов никеля, железа и меди аммиаком и метаном при температурах 400-1000 К. Показано, что рассчитанные методом термодинамического моделирования стехиометрические коэффициенты брутто-реакции восстановления дихлорида никеля в аммиаке соответствуют экспериментальным данным. В отличие от восстановления дихлорида меди для дихлорида никеля нехарактерно образование монохлорида металла на промежуточной стадии, что связывается с большей термоустойчивостью дихлорида никеля. Рассмотрены основные кинетические закономерности восстановления никеля, меди и железа до металла в условиях ТГС в среде аммиака, моносилана и метана, а также последовательного восстановления дихлорида никеля парами метилдихлорсилана и метаном. Аппроксимация экспериментальных данных топохимическими уравнениями в линейной форме показала, что для степеней восстановления a до 0,7-0,8 эти данные удовлетворительно описываются уравнением Рогинского – Шульц. При a > 0,8 лучше работает модель «сжимающейся сферы», которая подтверждает локализацию твердотельной реакции восстановления на границе раздела, продвигается вглубь кристалла с образованием слоя сомкнувшихся металлических зародышей. Обсуждены важность и перспективы полученных результатов для развития теории металлургических процессов, глубокой комплексной переработки природного железооксидного сырья, получения металлопродукции и материалов нового поколения, включая супергидрофобные. Отмечена актуальность проведенного исследования с точки зрения применения метода физико-химического анализа для изучения сложных гетерогенных металлургических процессов.
Проведено термодинамическое моделирование восстановления дихлорида меди в атмосфере различных газообразных гидридов (в аммиаке, моносилане, метане) в температурном интервале 273-1000 К. Расчеты показывают, что в более узких диапазонах значений температуры, отвечающих протеканию реакций твердотельного гидридного синтеза (ТГС) металлических веществ, образование металла, как правило, подтверждается теорией. В результате термодинамического моделирования получен принципиальный результат о подавлении конкурирующих процессов нитридирования, силицирования и карбидизации металла в условиях ТГС, имеющий значение для металлургических производств. Это дополнительно обосновывает корректность предыдущих экспериментальных исследований разработчиков ТГС металлов с модифицированной поверхностью и улучшенными свойствами. Путем моделирования выявлено, что восстановление твердого дихлорида меди до металла в атмосфере аммиака или метана происходит ступенчато (последовательно, согласно правилу Байкова) через промежуточные стадии образования соединения низковалентной меди – хлорида меди (I).
Экспериментально изучено влияние адсорбционных и химических свойств металла-наполнителя (Al, Ni, Cu) на величину интегрального показателя трения трибосистемы со смазкой. Выявлены основные зависимости между реакционной способностью (при окислении), гидрофобностью модифицированных порошков и трибологическими характеристиками смазок на их основе; предложены уравнения для описания зависимостей.
