Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск

Научно-технический журнал Заводская лаборатория.  Диагностика материалов = Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials (старое название Заводская лаборатория) учрежден в 1932 году. Он информирует читателей о главных параметрах качества любых веществ и материалов – химическом составе, строении и  свойстве. Высокий научный уровень журнала был и остается одним из главных его достоинств. Во многом его обеспечивают высококвалифицированные члены редколлегии, секций редколлегии журнала, рецензенты – академики, члены-корреспонденты, доктора и кандидаты наук. В редакционной коллегии и секциях редколлегии работают четыре академика РАН,  пять членов-корреспондентов РАН, 25 докторов наук и 12 кандидатов наук.   В журнале публикуются статьи по аналитической химии, физическим методам исследования и контроля, механике материалов, математическим методам исследования, а также сертификации веществ и материалов. 

Журнал способствует инновационной деятельности – внедрению в практику новых методов и средств исследований как известных, так и перспективных  материалов. Целевая аудитория – лаборатории научно-исследовательских, отраслевых и учебных институтов, промышленных предприятий, научных Центров коллективного пользования, заводов.  Журнал привлекает внимание к наиболее актуальным и перспективным направлениям научных исследований, способствует обеспечению связей и обмену мнениями между исследователями из разных регионов России и разных государств. В последние годы тематика журнала значительно расширяется, чтобы  наиболее полно соответствовать насущным проблемам науки и техники.

 

 

 

Текущий выпуск

Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 85, № 11 (2019)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-18 30
Аннотация

Цель данной работы — развитие методики исследования химического состава природных и синтетических азотсодержащих соединений с помощью рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и его использование для идентификации формы вхождения легких элементов (C, N, O) в комплексные анионы и катионы. Анализ проводили по Kα-линиям, возникающим при электронных переходах из валентных 2p-состояний во внутренние 1s-состояния. Были выявлены характерные особенности Kα-спектров C, N, O, влияющие на получение правильных результатов РСМА, и определены поправки, учитывающие интегральную интенсивность линий, эффект самопоглощения линии азота и поглощения азотом фонового излучения. Методика является универсальной: она предназначена для исследования различных азотсодержащих образцов, в том числе и алмазов, полученных путем детонационного синтеза. Поверхность таких образцов обычно покрыта слоем кислород- и азотсодержащих функциональных групп. Основной задачей, связанной с экспериментом, является нахождение оптимальных условий возбуждения и регистрации Kα-линий. Используемое ускоряющее напряжение составляет 10 кВ, ток пучка — 50 – 120 нА. При анализе в дифференциальном режиме регистрации амплитуды сигнала мы используем универсальную (для любых образцов) эмпирическую формулу для описания формы кривой интенсивности фона в области линии азота. Устойчивость образцов к воздействию электронного пучка повышается режимом растра с линейным размером 20 – 40 мкм и перемещением образца в пределах площадки ~100 Ч 100 мкм2 (если позволяют размеры образца). Концентрации определяемых элементов рассчитывали с помощью программы PAP с использованием коэффициентов поглощения B. L. Henke. При токе 80 нА пределы обнаружения углерода, кислорода и азота составили 0,33, 0,46 и 0,86 % масс. Соответственно.

19-25 40
Аннотация

В работе рассмотрены процессы фазового разделения, происходящие в системе Na2O–CaO–SiO2 (NCS), содержащей одновременно четыре различных микрокомпонента (Fe2O3, P2O5, Ag, Au). Синтезировали два стекла близкого состава с одним и тем же набором микрокомпонентов, но с различным содержанием золота и серебра. Варку стекла проводили в открытом платиновом тигле в электропечи при 1400 °C в течение 3 ч. Стекло вырабатывали на чугунную плиту с ограничителями и отжигали при 520 °C 1 ч. Формирование наночастиц происходило при вторичной термообработке при 550 – 600 °C. Показано, что фазовое разделение в образце, состав которого лежит на линии предела несмешиваемости в NCS-системе, происходит через образование наночастиц золота – серебра, построенных по типу ядро – оболочка: они служат центрами образования капель второй стеклофазы, обогащенной кремнеземом. Со временем внутри капель происходит кристаллизация кварца. Обсуждено влияние этих процессов на оптические свойства материала, в том числе дихроизм. Фазовое разделение подтверждено методом РЭМ, образование кварца доказано методом рентгенофазового анализа. Размер наночастиц рассчитан из электронных спектров методом компьютерного моделирования. Железо в полученных стеклах находится в степенях окисления +2 и +3, что определяет окраску стекла до вторичной термообработки и окраску термообработанного стекла в отраженном свете. Окраска стекла в проходящем свете после вторичной термообработки обусловлена поглощением света наночастицами. Показана зависимость формы наночастиц от соотношения золото – серебро в стекле: при исследуемых соотношениях она представляет собой удлиненный или сплюснутый эллипсоид.

26-30 11
Аннотация

Описана методика анализа фторсодержащих газовых смесей для эксимерных лазеров, которая позволяет определять от 0,1 до 5 % мол. фтора с относительной погрешностью не более 6 % и представлена установка для контроля состава этих смесей. В промышленности фтор из газообразных отходов удаляют с помощью оксида алюминия. В связи с этим в работе была определена адсорбционная активность оксида алюминия по отношению к элементному фтору, рассчитанное значение которой в предположении мономолекулярной адсорбции составило 0,255 г/г, однако ее экспериментально измеренное значение оказалось на два порядка величины меньше. Вероятно, это связано с низкой адсорбционной активностью поверхности оксида алюминия. Для активации поверхности адсорбента были опробованы галогенсодержащие активаторы — бромид и йодид калия, которые взаимодействуют со фтором, превращая его в нелетучий фторид калия и свободный бром или йод. Эти компоненты хорошо адсорбируются на оксиде алюминия, придавая ему желтую или бурую окраску. Экспериментально установлено, что происходит именно активация поверхности адсорбента, поскольку емкость активированного сорбента в 15 раз превышает количество фтора, связанного за счет химической реакции, а суммарная адсорбционная емкость оксида алюминия возрастает в 80 раз по сравнению с неактивированным адсорбентом.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

31-36 20
Аннотация

Представлены результаты исследования структуры углеродных материалов методом рентгеновской дифрактометрии. С использованием рентгеновского дифрактометра D8 ADVANCE (фильтрованное CuKα-излучение) анализировали углеродные волокна с различными температурными (от ~2300 до ~3000 °C) режимами термообработки. Показано; что при проведении диагностики структуры волокнистых углеродных материалов; в которые рентгеновские лучи проникают на большую глубину; необходимо ограничивать толщину объекта исследования до ~0,1 мм для обеспечения условия самофокусировки всем объемом образца; формирующим дифрагированный пучок. Материал углеродных высокомодульных волокон может быть гетерогенным; включать области когерентного рассеяния; параметры кристаллической структуры которых отличаются. В результате экспериментально наблюдаемые дифракционные максимумы 002; 004 и 006 становятся асимметричными и не описываются функциями Гаусса; Лоренца или Войта. Поэтому получаемые по стандартной методике средние значения межплоскостного расстояния и размеры областей когерентного рассеяния не отражают реальную структуру материала. Профиль асимметричного дифракционного максимума 002 анализировали с помощью программы Origin. Это позволило исследовать тонкую (гетерогенную) структуру волокна; которая во многом определяет физико-механические свойства материала. Приведены данные анализа профилей максимумов 002 углеродных образцов до и после удаления CuKα2-составляющей. Выполнено сравнение результатов разделения экспериментально наблюдаемых асимметричных дифракционных максимумов 002 на симметричные максимумы; описываемые функциями Гаусса; Лоренца и Войта. Установлено; что предпочтительно разложение на компоненты; описываемые функциями Гаусса или Войта.

37-40 28
Аннотация

Создание новых технологий включает разработку новых материалов, среди которых выделяются композитные аморфно-нанокристаллические материалы, характеризующиеся уникальной комбинацией магнитных и механических свойств (последние включают высокие прочность, твердость, износостойкость и др.). Однако потенциальные возможности использования таких материалов ограничены, поскольку даже при комнатной температуре сравнительно быстро происходит их охрупчивание (потеря пластичности), которое не может быть восстановлено путем термообработки аморфной фазы. Установлено, что пластичность можно восстановить, применяя термоциклирование в интервале между температурами жидкого азота (77 К) и комнатной (295 К). Этот процесс обработки, получивший название «омоложение» (rejuvenation), оказался приемлемым только для массивных образцов, получаемых в виде стержней. Он непригоден для образцов в виде лент толщиной 20 – 50 мкм (а именно в таком виде получают абсолютное большинство аморфных сплавов). В работе представлена модернизированная методика обработки таких образцов аморфных и частично кристаллических сплавов с помощью криотермоциклирования, позволяющая восстанавливать аморфную структуру и пластичность тонких лент. Рентгенограммы предварительно отожженных при температуре 170 °C ленточных образцов сплава Al87Ni8Gd5 с долей нанокристаллической фазы, не превышающей 10 %, до и после нескольких последовательных циклов «охлаждение – нагрев» показали, что с увеличением количества циклов до двухсот аморфная структура исходного образца может быть полностью восстановлена.

41-44 22
Аннотация

Один из основных критериев замены моторного масла при эксплуатации автомобиля — его пробег. Вместе с тем проблема контроля состояния работающего масла ввиду отсутствия средств контроля на предприятиях и станциях технического обслуживания актуальна. Представлены результаты исследования синтетических моторных масел Ravenol 5W-40 SN/CF и Mobil 1 New Life 0W-40 SN/SM/SL/SJ с применением фотометрического устройства, позволяющего осуществлять прямое фотометрирование образцов. Предложен метод контроля интенсивности процессов старения, включающий определение приращения скорости изменения коэффициента поглощения светового потока в зависимости от пробега автомобиля. Показано, что процесс старения масла носит нестабильный характер. Это вызвано образованием продуктов старения различной оптической плотности и энергоемкости. Установлено также, что интенсивность процессов старения зависит от условий и режимов эксплуатации двигателя, его технического состояния и производительности системы очистки. На основе полученных данных сделан вывод об эффективности применения предложенного метода контроля состояния моторных масел в период эксплуатации двигателей и подтверждена индивидуальность процессов старения, интенсивность которых можно оценивать приращением скорости изменения коэффициента поглощения светового потока в зависимости от пробега автомобиля.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

45-61 15
Аннотация

Исследован процесс разрушения пакета однонаправленного ламината при растяжении с помощью акустической эмиссии и видеорегистрации. Изучена кинетика повреждений и разрушений структурных связей в однонаправленном ламинате от действия растягивающей нагрузки с применением акустической эмиссии и синхронно выполняемой видеосъемки. Установлено соответствие между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях пакета ламината и регистрируемыми при этом локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром. Выполнено тестирование новых критериальных параметров, используемых при акустико-эмиссионном мониторинге, включающих частоту регистрации локационных импульсов в энергетических кластерах и их весовое содержание, а также методики разделения локационных импульсов на кластеры с похожими спектрами. Предложенные параметры позволяют количественно оценивать степень разрушения структурных связей конструкционного материала на всех масштабных уровнях и прогнозировать остаточную прочность изделия. Структурно-феноменологический подход, реализуемый путем разделения всего массива акустико-эмиссионных данных на энергетические кластеры, позволил контролировать степень разрушения структуры материала с применением частоты регистрации и весовое содержание локационных импульсов в кластерах нижнего, среднего и верхнего энергетических уровней. Путем сопоставления событий акустической эмиссии, регистрируемых на стадиях нагружения испытываемых образцов, с кадрами видеосъемки микроисследований накопления повреждений и разрушения структурных связей в пакете однонаправленного ламината установлено соответствие между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях, генерируемыми при этом акустическими волнами и регистрируемыми преобразователями акустической эмиссии локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром.

62-68 13
Аннотация

Для восстановления просвета стенозированных кровеносных сосудов используют металлические стенты, которые после имплантации пожизненно остаются в организме человека. Необходимые условия успешного использования таких имплантатов — высокие значения их усталостной прочности и долговечности. Устройства по определению усталостной долговечности стентов чаще всего основаны на использовании изменения диаметра полимерной трубки, имитирующей кровеносный сосуд, в которую помещен стент соответствующего диаметра. Установки по определению усталостной долговечности стентов в основном представлены зарубежными фирмами и имеют высокую стоимость. Авторами разработана сравнительно простая и недорогая исследовательская установка, в которой циклическое нагружение реализуется по схеме «изгиб с вращением». Для проведения испытаний стент помещают внутрь силиконовой трубки, диаметр которой соответствует диаметру кровеносного сосуда, в котором будет установлен данный стент. Концы трубки закрепляют на вращающихся валах, расположенных в подшипниках. Перемещая один из подшипников, можно менять радиус изгиба трубки R и, соответственно, степень деформации элементов стента. Платформу со стентом размещают в резервуаре, заполненном физиологическим раствором. Внутри резервуара посредством радиатора поддерживают постоянную температуру. Частоту вращения варьируют до 60 Гц, одновременно можно испытывать пять стентов. В процессе испытаний реализуется циклическое нагружение с коэффициентом асимметрии цикла, равным –1. На изготовленной установке проведены контрольные испытания саморасширяющихся стентов из сплава на основе никелида титана двух типоразмеров: первый — диаметром 8 и длиной 60 мм, второй — диаметром 4 мм и длиной 30 мм. Температура физиологического раствора — (37 ± 2) °C, частота вращения вала — 50 Гц. Радиус изгиба R » 250 мм. Испытания показали, что разработанное устройство может быть эффективно использовано для проведения ускоренных усталостных испытаний стентов.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

69-84 29
Аннотация

Сорок лет назад статистика нечисловых данных была выделена как самостоятельная область математических методов исследования. Первоначально использовался термин «статистика объектов нечисловой природы». Статистика нечисловых данных — одна из четырех основных областей прикладной статистики (наряду со статистикой чисел, многомерным статистическим анализом, статистикой временных рядов и случайных процессов). Статистика нечисловых данных делится на статистику в пространствах общей природы и разделы, посвященные конкретным типам нечисловых данных (статистика интервальных данных, статистика нечетких множеств, статистика бинарных отношений и др.). В настоящее время статистика в пространствах общей природы — центральная часть прикладной статистики, а включающая ее статистика нечисловых данных — основная область прикладной статистики. Это утверждение подтверждается анализом публикаций в разделе «Математические методы исследования» нашего журнала. Данная статья посвящена анализу основных идей статистики нечисловых данных на фоне развития прикладной статистики. Основой является новая парадигма математических методов исследования. Рассмотрены различные виды нечисловых данных. Рассказано о развитии статистики нечисловых данных. Разобраны основные идеи статистики в пространствах общей природы: средние величины, законы больших чисел, экстремальные статистические задачи, непараметрические оценки плотности распределения вероятностей, методы классификации (диагностики и кластер-анализа), статистики интегрального типа. Кратко рассмотрены некоторые статистические методы анализа данных, лежащих в конкретных пространствах нечисловой природы: непараметрическая статистика (в подавляющем большинстве случаев реальные распределения существенно отличаются от нормальных), статистика нечетких множеств, теория экспертных оценок (медиана Кемени — выборочное среднее экспертных упорядочений) и др. Обсуждаются некоторые нерешенные задачи статистики нечисловых данных.