Методом молекулярной динамики при температуре 0 К исследовано влияние упругой деформации (сжатие и растяжение до ±5 %) и внедрения атомов водорода (концентрация от 1 до 50 атомов) на внутреннюю энергию кристаллических решеток никеля, алюминия и интерметаллида Ni₃Al. Моделирование проводили с использованием надежного межатомного потенциала EAM, адекватно описывающего взаимодействие в системе металл ‒ водород. Проанализировано размещение водорода в тетраэдрических и октаэдрических междоузлиях, а также деформация вдоль одной, двух и трех осей, что позволило оценить вклад различных типов напряженного состояния. Показано, что как деформация, так и внедрение водорода приводят к увеличению внутренней энергии систем, снижая их термодинамическую стабильность. Наибольший рост энергии наблюдается при сочетании сжатия (–5 %) и высоких концентраций водорода в тетраэдрических порах, что особенно характерно для интерметаллида Ni₃Al. Обнаружено, что прочность связи водорода с решеткой зависит от природы металла: связь Ni – H оказывается прочнее, чем Al – H благодаря электронной структуре никеля. Для интерметаллида Ni₃Al характерен синергетический эффект, приводящий к повышенному сродству с водородом в отсутствие деформации. При деформировании же его чувствительность к водородному внедрению ослабевает, приближаясь к среднему значению между никелем и алюминием. Результаты согласуются с законами термодинамики и теорией упругости, а также объясняют механизм водородного охрупчивания, вызванного локальными искажениями решетки и изменением электронной плотности. Полученные результаты важны для прогнозирования долговечности и надежности материалов в условиях водородсодержащих сред и механических нагрузок.

Уникальные физические свойства графена (высокая подвижность электронов, прочность, эластичность и теплопроводность) делают его идеальным объектом для изучения новых физических явлений. Графен рассматривается как перспективный материал, который может быть положен в основу наноэлектроники. Но при этом есть существенное ограничение его широкого использования – он обладает нулевой шириной запрещенной зоны. Исследование способов модификации его электронных свойств, в том числе с применением моделирования, является актуальным, так как это может позволить расширить сферу применения графена в электронике, сенсорике, энергетике и других областях, позволяя создавать более эффективные, быстрые и энергоэффективные устройства. Представлены результаты исследования электронных свойств графена, допированного атомами азота, с использованием метода компьютерного моделирования. Методология исследования базируется на первопринципных вычислениях в рамках метода функционала плотности (DFT) с применением программного пакета VASP. Моделирование проводили для гексагональной суперячейки 4 × 4 с варьируемой концентрацией атомов азота от 3,125 до 18,750 %. Установлено, что допирование графена атомами азота приводит к существенным изменениям его электронных свойств. Показано формирование запрещенной зоны и смещение уровня Ферми выше точки Дирака, что трансформирует графен в полупроводник n-типа. Выявлена немонотонная зависимость ширины запрещенной зоны от концентрации и расположения атомов азота в решетке. Полученные результаты демонстрируют возможность целенаправленной модификации электронных свойств графена путем контролируемого допирования азотом, что открывает новые перспективы для его практического применения в наноэлектронике.

Разработана, изготовлена и исследована установка получения водорода из метана путем его пиролиза, включающая реактор и печь, предназначенную для его нагрева. Выполнен тепловой расчет установки с учетом теплоты, затрачиваемой на пиролиз, а также ее потерь через изоляцию и с уходящими газами при сжигании в печи метана, водорода, метано-водородной смеси, получаемой в процессе пиролиза. Выполнены расчеты по определению количества водорода, удельного расхода энергии на его получение, тепловой мощности и КПД установки при использовании в качестве топлива чистых метана и водорода, а также их смесей (70/30, 40/60). Натурные эксперименты на установке показали, что при сжигании смеси газов (60 % водорода и 40 % метана) при охлаждении уходящих газов (включающих углекислый газ и водяной пар) до температуры точки росы водяного пара получаем 0,55 кг дистиллированной воды на 1 м³ сжигаемой смеси. Анализ полученного пиролизного углерода показал       27 %-ное содержание наноматериалов (нановолокон). Для снижения температуры уходящих газов использованы калориферы, охлаждающим агентом в которых является водопроводная вода. После нагрева в калориферах она может быть использована для отопления помещений. Применение катализаторов позволило снизить температуру пиролиза от 1000 до 750 °С при 60 %-ном выходе водорода, что приводит к уменьшению расхода сжигаемой метано-водородной смеси на 40 % по сравнению с пиролизом метана при температуре 1000 °С с таким же количеством получаемого водорода. Применение метано-водородной смеси в качестве топлива газовой печи позволяет уменьшить выбросы углекислого газа в окружающую среду по сравнению с другими методами получения водорода ввиду того, что при его сгорании уходящие газы содержат лишь водяные пары.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния гранулометрического состава и влажности пыли электросталеплавильного производства на эффективность процесса магнитной сепарации. При исследовании применяли методы гранулометрического, рентгенофазового и химического анализа, а также экспериментальные испытания на магнитном сепараторе ЭРГА БСМ-СМВИ/Т4028, направленные на определение оптимальных характеристик пыли электросталеплавильного производства для повышения качества концентрата и слабомагнитных хвостов. Проведены серии экспериментов по изучению влияния фракционного состава и влажности материала на показатели обогащения. При использовании пыли фракцией менее 0,25 мм достигается максимальная эффективность сепарации. Установлено, что при минимальной влажности повышается содержание железа в концентрате на 15 %, а при повышенной ‒ снижается массовый выход. Применение магнитной сепарации пыли электросталеплавильного производства с фракцией менее      0,25 мм и влажностью менее 2 % позволяет получать концентрат с повышенным содержанием железа и пониженным содержанием цинка, а также образуются слабомагнитные хвосты с максимальным содержанием цинка. Практическая значимость работы заключается в возможности применения полученных результатов для совершенствования технологий переработки металлургических отходов. Исследования показали, что при оптимальных условиях доля цинка в хвостах возрастает до 60 %, что делает их пригодными для последующего извлечения ценных компонентов. Это позволяет разработать замкнутый цикл переработки отходов, интегрируя магнитную сепарацию в комплексную ресурсосберегающую технологию. Таким образом, установленные в ходе экспериментальных магнитных сепараций оптимальные параметры влажности и дисперсности пыли электросталеплавильного производства дают конкретные инженерные решения для настройки сепарационного оборудования и открывают перспективу для создания малоотходных производственных схем в металлургии.

Формирование образцов на основе титанового сплава ВТ6 методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии сопряжено с образованием крупнозернистой столбчатой структуры, состоящей из первичной β-фазы. Этому сопутствует быстрое затвердевание и высокий температурный градиент. Для предотвращения образования крупных столбчатых зерен в образцах на основе сплава ВТ6 был предложен и реализован метод ультразвукового воздействия в проволочной электронно-лучевого аддитивной 3D-печати. Проводен комплексный анализ результатов получения образцов на основе титанового сплава ВТ6 для определения наиболее оптимального подхода с точки зрения бездефектности и достижения подходящей структуры. Влияние ультразвукового воздействия и погонной энергии на зеренную структуру изучали с помощью металлографических исследований. Проведена оценка размеров структурных характеристик в образцах с ультразвуковым воздействием и без него. Структура образцов на основе титанового сплава ВТ6 характеризуется двухфазным состоянием: плотноупакованной гексагональной α-фазы и объемно-центрированной кубической β-фазы. Наиболее выраженный эффект воздействия наблюдался в уменьшении ширины первичных β-зерен и снижение их среднего размера с 5,2 до 3,1 мм, в то время как длина зерен существенно не изменилась. Ключевым фактором, влияющим на зеренную структуру, является эффект акустической кавитации, возникающий в ванне расплава под ультразвуковым воздействием. По сравнению с образцами без ультразвукового воздействия предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение в образцах на основе титанового сплава ВТ6, напечатанного при подводе к подложке ультразвукового преобразователя, увеличились на 50, 20 МПа и 4 %. Выявлено, что образцы без ультразвукового воздействия, ориентированные горизонтально относительно выращивания, показывают характеристики механических свойств выше, чем образцы с ультразвуковым воздействием, ориентированные вертикально относительно выращивания. Дальнейшее развитие изученной технологии ультразвукового воздействия может позволить настраивать микроструктуру и текстурные характеристики объемных деталей, полученных методом аддитивного производства.

Силициды ниобия представляют научный и прикладной интерес для высокотемпературных композиционных материалов благодаря термической стабильности и механической прочности. Механическая активация (МА) является эффективным методом как для подготовки порошков, так и для получения материалов механохимическим синтезом. Этот процесс включает комплекс взаимосвязанных физико-химических явлений: интенсивная пластическая деформация, накопление дефектов, измельчение, формирование слоистых агломератов с увеличенной межфазной поверхностью. Все это позволяет управлять и контролировать кинетику реакций и формировать фазовый состав порошковой смеси. Изучена возможность синтеза силицидов ниобия из техногенных отходов: ниобиевой стружки и кремниевых пластин. Исследованы подготовка сырья, измельчение и удельная поверхность активированных смесей при различном времени механической активации. Рентгенофазовый анализ подтвердил формирование силицидов ниобия. Эксперименты показали возможность и целесообразность использования отходов в качестве исходного сырья. Были подобраны условия механической активации для получения кристаллической порошковой смеси с суммарным содержанием силицидов ниобия, достигающим 38 мас. %. Полученные результаты закладывают основу для дальнейшей оптимизации МА с целью направленного синтеза материалов для нового поколения высокотемпературных композитов.

Рассмотрена проблема восстановления посадочных поверхностей валов газотурбинных установок, в частности, применение технологии прямой лазерной наплавки (ПЛН) с использованием сплава ЭП648 (ХН50ВМТЮБ) для ремонта деталей из материала ЭП693 (ХН68ВМТЮК‑ВД). Технология ПЛН в качестве метода восстановления валов имеет преимущество по сравнению с традиционными методами за счет высокого уровня автоматизации и меньших остаточных напряжений. Особое внимание уделено подбору оптимального режима наплавки сплава ЭП648, обеспечивающего минимальную разницу в термическом расширении материалов, что критически важно для надежности восстановленных деталей в условиях термического циклирования. Для исследования использовали заготовки, наплавленные по трем режимам из металлопорошковой композиции марки ЭП648 (ТУ 1-595-16-1260 ‒ 2011), и один образец из прутка марки ЭП693 (ГОСТ 2590 ‒ 2006). Измерение коэффициента термического линейного расширения (КТЛР) проводили на механическом дилатометре при нагреве образцов от 25 до 400 °С. Приведены исследования влияния режимов прямой лазерной наплавки на коэффициент термического линейного расширения наплавляемого материала марки ЭП648 и сравнение данных коэффициентов с материалом прутка марки ЭП693. Подтверждено, что сплав ЭП648 является перспективным материалом для ПЛН валов из материала ЭП693, так как демонстрирует схожее термическое поведение при измерениях КТЛР. Определен оптимальный режим наплавки при погонной энергии 60 Дж/мм, обеспечивающий однородную структуру без дефектов и оптимальное значении КТЛР. Получены регрессионные зависимости, позволяющие прогнозировать изменение размеров вала за счет теплового расширения при эксплуатации и оптимизировать параметры процесса ремонта.

Дефицит традиционных коксующихся углей обуславливает необходимость вовлечения в состав коксовых шихт низко метаморфизованных углей марок ДГ, Г и Ж, технологические свойства которых существенно зависят от гранулометрического состава. В связи с этим исследование распределения зольности и выхода летучих веществ по фракциям различной дисперсности приобретает как фундаментальное, так и прикладное значение. Методом седиментации в жидкой среде из исходных угольных порошков выделены узкие фракции с преобладающим размером частиц от 0,5 до 5,0 мкм. Контроль гранулометрического состава осуществляли методом сканирующей электронной микроскопии; зольность и выход летучих веществ определяли по стандартным методикам технического анализа. Установлено, что характер зависимости зольности от размера частиц определяется маркой угля. Для образцов ДГ и Г при уменьшении размера частиц менее 1 мкм наблюдается резкое увеличение зольности, обусловленное накоплением высокозольных минеральных компонентов в тонких классах. В отличие от них, у угля марки Ж зольность наиболее тонких фракций снижается, приближаясь к показателям исходного угля, что указывает на иной характер распределения минеральной массы. Показано, что седиментационное разделение позволяет снизить зольность высокозольного угля марки Г на 7 – 8 % за счет удаления тонких высокозольных фракций. Обоснована перспективность использования ультрадисперсной фракции угля марки Ж с размером частиц около 1 мкм в качестве компонента коксовой шихты, что позволяет регулировать ее состав без ухудшения зольности.

Представлено физико-информированное генеративное моделирование (ФИГМ) как подход системной оптимизации технологических параметров литья стальных отливок с целью минимизации комплексной дефектности. Методология объединяет методы машинного обучения (глубокие автоэнкодеры для снижения размерности и кластеризации) с фундаментальными физико-технологическими ограничениями, формализованными в виде аналитических выражений. Последние описывают причинно-следственные связи между входными параметрами процесса и возникновением конкретных видов дефектов, что обеспечивает генерацию физически реализуемых и технологически обоснованных решений. Апробация подхода выполнена на историческом датасете по производству отливок типа Рама из стали марки 20Л, содержащем 15 входных и 8 выходных параметров, оценивающих средний уровень дефектности (СУД). В результате применения ФИГМ были идентифицированы и формализованы две устойчивые технологические зоны с различными комплексами параметров, каждая из которых обеспечивает стабильно приемлемый уровень качества. Для количественной оценки разработана целевая функция, учитывающая взвешенную критичность различных видов брака. Ключевым практическим результатом является создание инструмента визуальной аналитики на основе контурных карт взаимосвязей параметров и дефектов. Он позволяет наглядно анализировать технологические компромиссы, выявлять области устойчивых режимов и обоснованно выбирать оптимальные параметры литья. Показано, что предложенная методика преодолевает ограничения традиционных методов, основанных на последовательном устранении отдельных дефектов, и обеспечивает переход к системному управлению качеством за счет одновременного учета взаимного влияния ключевых видов брака.

Представлен анализ методов создания порошковых проволок, используемых для электродуговой наплавки, с акцентом на их химический состав и микроструктуру. Для производства порошковых проволок использовали различные металлические порошки (железо, вольфрам, марганец, хром и ванадий), а также добавляли пыль газоочистки производства алюминия. Рассматривали порошковые проволоки на основе систем Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V, Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo, Fe – C – Si – Mn – Cr – Mo – Ni – Ti, Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V– Ti, WC ‒ Co, Ni/WC ‒ Co, Fe – Cr – C и Fe – Cr – B, которые применяли для формирования защитных покрытий. Последние играют ключевую роль в промышленности, так как они увеличивают срок службы оборудования, подвергающегося значительным механическим и термическим нагрузкам. Процесс наплавки проводили с использованием сварочного трактора ASAW-1250 в пять слоев, что способствует предотвращению смешивания наплавленного металла с подложкой и повышает качество покрытия. Микроструктурные и химические характеристики были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), что позволило глубже понять структуру полученных материалов. В результате проведенных экспериментов выявлено, что состав порошковых проволок и режимы наплавки существенно влияют на характеристики полученного слоя. Обнаруженные глобулярные формы неметаллических включений свидетельствуют о наличии различных оксидов и силикатов, что, в свою очередь, указывает на особенности процесса формирования наплавочного слоя.

Современные тенденции в конвертерном производстве стали характеризуются активным внедрением ресурсо- и энергосберегающих технологий, направленных на повышение эффективности металлургических процессов. Проанализированы перспективные методы выплавки стали с получением металлического полупродукта непосредственно в конвертере, а также рассмотрены технологические решения по утилизации техногенных отходов. Особое внимание уделено опыту применения комбинированной продувки, которая значительно расширяет функциональные возможности агрегатов за счет использования новых композитных материалов на основе промышленных отходов. Показано, что внедрение таких технологий способствует не только снижению себестоимости производства, но и повышению экологической безопасности металлургических предприятий. В работе обосновывается необходимость разработки новых компоновок оборудования и технологических решений, включая предварительный подогрев лома и других шихтовых материалов, а также методы интенсификации дожигания CO для оптимизации энергопотребления. Представлены ключевые аспекты повышения технико-экономических показателей плавки за счет рационального использования вторичных ресурсов и внедрения инновационных подходов к управлению процессом. Проведенный термодинамический анализ показал, что применение факельного горения в рабочем пространстве конвертера существенно изменяет состав газовой фазы. Помимо традиционных компонентов (O₂, CO, CO₂), в системе появляются H₂ и H₂O, что приводит к изменению окислительной способности газовой фазы; модификации теплового режима процесса. Оптимизация состава газокислородного топлива должна учитывать выявленные термодинамические закономерности для обеспечения эффективного протекания металлургических процессов.

Рассмотрена возможность перехода угольной отрасли Сибири, прежде всего Кузбасса, от традиционной топливной функции к формированию нового промышленного направления, ориентированного на производство углеродных наноматериалов с высокой добавленной стоимостью. Такое смещение акцентов рассматривается как ответ на глобальные изменения в структуре спроса, рост значимости экологических стандартов и стремительное развитие технологий переработки углеродсодержащего сырья. Обоснованы технологические маршруты получения графена, углеродных нанотрубок, фуллеренов и перспективных сорбентов из каменных углей и антрацитов, с последующим сопоставлением этих решений с мировыми тенденциями устойчивого развития и декарбонизации промышленности. Нарастающее снижение экспортной маржи и изменение структуры внешнего спроса усиливают значение международного научно-технологического сотрудничества, прежде всего с Китаем, который остается мировым лидером в области углехимии. Установленные в ходе двусторонних контактов связи с исследовательскими центрами и промышленными предприятиями Китая демонстрируют практическую применимость передовых методов переработки углеродного сырья в условиях Сибири и формируют основу для совместных инженерных решений. Взаимный интерес к технологиям глубокой переработки, а также соглашения о научном взаимодействии создают предпосылки для ускорения развития региональной углехимии и снижения зависимости кузбасской промышленности от нестабильности сырьевых экспортных рынков. Полученные результаты подтверждают возможность создания пилотных производств на базе действующих предприятий Кузбасса при условии активного участия научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций. Отмечается, что интеграция таких технологий в региональную промышленную инфраструктуру способна обеспечить формирование нового сегмента рынка и повысить устойчивость отрасли в условиях глобального энергоперехода. Модель «уголь как углеродное сырье» обладает значительным потенциалом для диверсификации экономики, расширения портфеля продукции и снижения углеродной интенсивности промышленного производства, что делает ее перспективным направлением долгосрочного развития.

26 января 2026 г. исполнилось бы 80 лет д.ф.-м.н., профессору Александру Марковичу Глезеру ‒ крупному ученому и лидеру научной школы в области изучения и разработки многофункциональных материалов нового поколения. Под его руководством выполнен ряд фундаментальных и прикладных исследований нанокристаллических и аморфных функциональных материалов. Он является ведущим ученым России в области материалов, полученных методами закалки из расплава и интенсивной пластической деформации. Александр Маркович известен как ведущий ученый в области применения  электронно-микроскопических методов для исследования структуры конденсированного состояния.