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 86, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-12 59
Аннотация

На основе использования в качестве электродноактивного вещества (ЭАВ) ионного ассоциата (ИА) диклофенак — толуидиновый голубой разработан новый мембранный ионоселективный электрод (ИСЭ). Показано, что оптимальная концентрация ИА в поливинилхлоридной мембране составляет 5 – 11 %. Изучено влияние содержания пластификатора на крутизну электродной функции, ее линейность и нижнюю границу определяемых содержаний диклофенака. Наилучшее соотношение пластификатора к ПВХ составляет (1,0 – 1,5):1. С содержанием пластификатора, очевидно, связано время жизни электрода, которое определяется в основном частотой его использования и в среднем составляет 7,0 – 7,5 месяца. Наилучшие характеристики сенсора были получены с использованием композиции: ионный ассоциат — 7 %, дибутилфталат — 56 %, ПВХ — 37 %. Электрохимический сенсор имеет линейный динамический диапазон 5,0 · 10–4 – 5,0 · 10–2 моль/л и крутизну электродной функции 46,0 мВ/pC с нижним пределом определения 3,2 · 10–5 моль/л, время отклика <15 с и может использоваться в течение как минимум 7 недель. Сенсор также характеризуется высоким коэффициентом селективности по отношению к диклофенаку, простотой в применении и низкой себестоимостью. На основе экспериментальных данных разработан новый метод определения диклофенака, который опробован при анализе модельных растворов и лекарственных препаратов.

13-18 49
Аннотация

Flame spectrophotometry is one of the main methods for determining alkali and alkaline earth metals in solutions. Chemical analysis by the flame photometric method have become of great importance for estimation of trace elements content and for work on small quantities of sample. The most important disadvantages of flame spectrophotometry are different types of interference (spectral, chemical, and physical). The paper considers mainly the physical interference which directly relates to the state of the sample itself and includes solution temperature, viscosity, surface tension, and vapor pressure. These effects are interdependent and not easily isolated for study. The addition of a substance increases the viscosity of the solution, which affects aerosol formation, transport, droplet size distribution, evaporation rate and flame temperature. All that leads to a decrease in the intensity of light emission. In the present article, the effect of phenylalanine on the sodium determination by the flame photometric method in the field of dilute solutions was studied. A decrease in the photocurrent emission of sodium in its joint determination with phenylalanine was found. The main reason is the increase in viscosity. It leads to a reduction in the spraying rate in the analyzer and a diminution in the analytical response of the device. The systematic type of errors in determining the concentration of sodium in the presence of phenylalanine is proved.

19-25 35
Аннотация

Эволюционное развитие конструкционных жаропрочных сплавов привело к созданию высокотемпературных естественно-композиционных материалов (КМ) на основе системы Nb – Si, которые являются перспективными для изготовления лопаток авиационных газотурбинных двигателей с рабочей температурой до 1350 °C. Для придания необходимых свойств (жаропрочность, жаростойкость, сопротивление ползучести, вязкость разрушения, технологичность и др.) в КМ на основе системы Nb – Si вводят модифицирующие добавки B, Ge, Sn, Zr. При использовании технологии механического легирования для производства композитов системы Nb – Si в материал могут попадать Fe и Ni как технические примеси. В авиакосмической промышленности к качеству материалов предъявляются высокие требования. Для контроля качества полуфабрикатов в ходе производства и готовых композитов системы Nb – Si необходимо точное определение матричных, легирующих и примесных элементов в составе сплавов. Разработана методика анализа композитных материалов на основе системы Nb – Si методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с использованием микроволновой подготовки проб. Выбраны аналитические линии B, Ge, Sn, Zr, Fe, Ni, свободные от значимых спектральных наложений. Диапазон определяемых содержаний составляет ( %): Nb — 40 – 80; B, Ge, Zr — 1 – 5; Sn — 1 – 2,5; Fe — 0,01 – 10; Ni — 0,01 – 5. Для оценки метрологических характеристик методики в качестве образцов сравнения использовали модельные растворы, аналогичные по составу анализируемым композитам, приготовленные из ГСО растворов ионов элементов. Для проверки правильности результатов анализа методом «введено – найдено» использовали близкие по составу к композитам на основе системы Nb – Si ГСО феррониобия и титановых сплавов. Для всех определяемых элементов показатель повторяемости не превышает 2 % отн., а показатель промежуточной прецизионности — 4 % отн.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

26-31 45
Аннотация

Трехмерные матриксы из биодеградируемых полимеров — перспективный материал для решения задач регенеративной медицины. Их широко применяют при восстановлении целостности и функций тканей и органов с помощью биоискусственных тканеинженерных конструкций. Цель работы — исследование структуры пористых биорезорбируемых полимерных матриксов для тканевой инженерии методом рентгеновской микротомографии. Образцы получали методом сверхкритической флюидной пластификации D,L-полилактида и его последующего вспенивания в цилиндрических пресс-формах. Томография дает возможность создать трехмерную модель объекта, оценить не только интегральную пористость матрикса (как это делают традиционные сорбционные методы), но и распределение пор по размерам и пространству. Это позволяет оптимизировать параметры технологических процессов изготовления полилактидных матриксов требуемой для тех или иных биомедицинских применений архитектоники и прогнозировать ход протекания процессов их биорезорбции в ферментативных средах. Исследования проводили с использованием лабораторного микротомографа (материал анода — молибден, время сканирования образца — 120 мин, размер пикселя детектора — 9 мкм). Томографическую реконструкцию выполняли алгебраическим методом. Необходимую для расчета структурных характеристик исследуемых матриксов процедуру бинаризации реализовывали методом, включающим выбор глобального порога. Проведенные расчеты пористости и однородности ее распределения в объеме полимера и оценка удельной площади поверхности пор показали изотропность пространственной структуры полилактидных матриксов.

32-37 45
Аннотация

Порошковые материалы широко применяются при изготовлении электрохимических элементов тепловых химических источников тока. Электрохимические свойства порошков зависят от формы и размеров их частиц. Представлены результаты исследования микроструктуры и частиц порошков оксидов ванадия (III), (V) и алюмината лития методами просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии, рентгенодифракционного и газоадсорбционного анализов. Установлено, что диапазоны распределения частиц по размерам составляют, нм: 70 – 600 — для оксида ванадия (III) и 40 – 350 — для оксида ванадия (V). Размер областей когерентного рассеяния находится на нижней границе диапазонов. Это можно объяснить тем, что частицы порошков состоят из более мелких структурных элементов (кристаллитов). Средний объемно-поверхностный диаметр, рассчитанный по величине удельной площади поверхности, напротив, близок к верхней границе, что, вероятно, связано с частичной агломерацией частиц, а также их спеканием в процессе синтеза. В отличие от оксидов ванадия для алюмината лития диапазон распределения частиц по размерам более узкий — 50 – 110 нм. При этом размер кристаллитов и средний объемно-поверхностный диаметр близки к максимуму распределения частиц по размерам. Микроструктурный анализ показал, что частицы в образцах оксидов ванадия имеют округлую (V2O3) или удлиненную (V2O5) форму, в порошке алюмината лития — пластинчатую. Частицы образуют поликристаллические агломераты. Вместе с тем для разных партий одного и того же материала гранулометрический состав сходен, что говорит о воспроизводимости технологий их изготовления. Полученные данные можно использовать для контроля постоянства гранулометрического состава порошковых материалов.

38-43 48
Аннотация

Структурная деградация материала при длительном термическом и силовом воздействии — комплексный процесс, который включает миграцию зеренных границ, зернограничную диффузию активных элементов внешней и технологической сред, водородное охрупчивание, старение, зернограничную коррозию и др. Использование фрактального и мультифрактального подхода при описании микроструктур открывает широкие возможности для количественной оценки структурной организации материала, уточняет и раскрывает механизмы структурных превращений. Мультифрактальная параметризация позволяет исследовать процессы структурной деградации по изображениям микроструктур и выявлять структурные изменения слабо различимые визуально. Для вычисления мультифрактальных спектров микроструктуры можно использовать любой количественный структурный показатель, но предпочтительнее тот, который обеспечивает максимальный диапазон изменения численных значений мультифрактальных компонентов. Представлены результаты исследования структурной деградации стали 15Х5М при длительной эксплуатации. Установили, что структурная деградация стали при эксплуатации в условиях высоких температур и напряжений сопровождается укрупнением микроструктурных объектов, уширением межзеренных границ и выделением дисперсных частиц, которые на изображении представляются в виде точечных объектов. Деградационные процессы приводят к увеличению диапазона изменения компонентов мультифрактальных спектров. Высокие значения комплексных показателей структурной организации указывают на рост неоднородности и хаотичности на микромасштабном уровне, но вместе с тем — на проявление упорядоченных комбинаций отдельных субмикроструктур. Такие структурные превращения обеспечивают наибольшую надежность и сопротивляемость материала к разрушению.

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

44-50 42
Аннотация

Живучесть, ресурс и безопасность эксплуатации конструкций определяются степенью их повреждаемости, которая преобладающим образом регламентируется наличием и развитием в материале дефектов типа трещин. На основе расчетно-экспериментальных данных и численных решений предложены кинетические зависимости развития поверхностных разноориентированных полуэллиптических трещин с учетом анизотропии свойств материала. Получены результаты, необходимые для исследований задач кинематики нелинейной механики сплошной анизотропной среды. Предложены уточняющие параметрические уравнения состояния упругопластической деформационной анизотропии. Приведены функциональные зависимости параметров кинетических диаграмм малоциклового разрушения от механических свойств материала для широкого класса сварных соединений аустенитных нержавеющих циклически стабильных сталей типа 12Х18Н10Т. Исследованы процессы развития наклонных поверхностных полуэллиптических трещин в континуумах сварных соединений при нелинейных граничных условиях нагружения. Проведены расчетно-экспериментальные и численные исследования напряженно-деформированного состояния в окрестности контура как стационарных, так и растущих поверхностных полуэллиптических произвольно ориентированных в пространстве трещин при упругопластическом номинальном циклическом нагружении с учетом анизотропии свойств материала. Получено функциональное распределение параметра неоднородности механических свойств материала, влияющего на накопление локальных пластических деформаций и на направление развития упругопластического разрушения, представленное в виде кинетического уравнения нелинейной механики разрушения. На основе сравнения экспериментальных результатов и численных расчетов напряженно-деформированного состояния по контуру исследуемых трещин при нелинейных краевых условиях нагружения показано хорошее согласование интенсивностей относительных упругопластических деформаций в их поверхностных точках с учетом деформационной анизотропии. Расчеты на сопротивление упругопластическому разрушению элементов ответственного оборудования с учетом рассматриваемых факторов нелинейной механики разрушения и неоднородности свойств позволят повысить точность оценки их прочности, эксплуатационных ресурсов и живучести.

51-56 47
Аннотация

В рамках научно-технических работ по созданию перспективных конструкций рефлекторов космических антенн проведены экспериментальные исследования полимерного композитного материала с эффектом памяти формы. Исследованный материал состоит из трех слоев углеродной биаксиальной ткани Ст 12073, пропитанных полимерной матрицей Diaplex MP5510 на основе полиуретана. Данный материал предназначен для изготовления шпангоута, применяемого в конструкции прецизионного композитного рефлектора космической антенны. Шпангоут при раскрытии рефлектора в транспортное положение принимает ранее заданную форму посредством нагрева, что позволяет увеличить жесткость оболочки рефлектора на периферии и повысить точность отражающей поверхности. Для изучения функциональных и механических свойств материала шпангоута при его изготовлении и различных режимах работы были проведены испытания образцов с различными схемами армирования: [03], [0/±60] и [0/±45]. Исследовали степень фиксации, степень восстановления и скорость восстановления формы в зависимости от схемы армирования, скорости деформирования и времени выдержки в деформированном состоянии. Для этого была разработана программа испытаний образцов, которая включала несколько этапов. На первых этапах проводили испытания на фиксацию и восстановление формы при трехточечном изгибе плоских образцов при скоростях деформирования 1,5 и 10 мм/с и времени выдержки в деформированном состоянии в течение 24, 48 и 96 ч. По результатам испытаний материал со схемой армирования [03] принят как оптимальный для изготовления шпангоута, поскольку имел максимальные степень и скорость восстановления формы. Для выбранного материала на заключительном этапе исследований определяли модуль упругости и предел прочности при различных температурах эксплуатации шпангоута: –50, +20 и +60 °C. Проведенные исследования показали, что исследованный композитный материал обладает требуемым эффектом памяти формы и является перспективным для изготовления шпангоута при условии применения теплоизоляции.

57-61 85
Аннотация

Механические характеристики конструкционных металлических материалов — важнейшие показатели их качества. Для их определения в последние годы широко применяют методы Шора, Бринелля, Роквелла, Либа, Виккерса, инструментального индентирования и др. Один из интенсивно развивающихся методов определения механических характеристик — динамическое индентирование (метод разработан в Институте прикладной физики НАН Беларуси). В развитие метода динамического индентирования в данной работе предложены способы повышения точности оценки твердости конструкционных металлических материалов. В работе решены следующие задачи: измерены значения параметров контактного взаимодействия индентора с материалом образцов — твердости по Бринеллю — с помощью прибора динамического индентирования; рассчитаны поверхностная и объемная динамические твердости с учетом характеристик, полученных с помощью прибора ДИ; проведен сравнительный анализ оценок твердости, полученных разными подходами. В результате сравнительного анализа способов, а также их экспериментальной апробации установлено, что повышение точности оценки твердости может быть достигнуто путем использования «энергетического» подхода, основанного на оценке отношения суммарной работы к объему восстановленного отпечатка при динамическом индентировании конструкционных металлических материалов. Использование «энергетического» подхода позволило получить выборочное стандартное отклонение значений объемной динамической твердости, которое существенно ниже выборочного стандартного отклонения значений поверхностной динамической твердости и данных прибора динамического индентирования, что напрямую влияет на повышение точности оценки твердости при динамическом интентировании рассматриваемых материалов. На основании «энергетического» подхода предложен новый алгоритм обработки исходного сигнала при определении динамической твердости с помощью прибора динамического индентирования.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

62-74 58
Аннотация

Рассмотрена задача восстановления зависимостей по данным с неопределенностью, которая не описывается теоретико-вероятностными законами, но ограничена по величине и имеет интервальный характер, т.е. выражается интервалами возможных значений данных. Исследован наиболее общий случай, когда интервалы являются результатами измерений как в независимых (предикторных) переменных, так и в зависимой (критериальной) переменной. Введены понятия слабой и сильной согласованности данных и параметров функциональной зависимости. Формулировки задач сведены к исследованию и оцениванию различных множеств решений для интервальной системы уравнений, построенной по обрабатываемым данным. Подробно рассмотрено сильное согласование параметров и данных как более практичное, более адекватное реальности и обладающее лучшими теоретическими свойствами. Оценки параметров зависимости, получаемые с учетом сильного согласования, имеют полиномиальную вычислительную сложность, робастны, почти всегда имеют конечную вариабельность, а также лишь частично подвержены так называемому парадоксу Е. З. Демиденко. Предложена вычислительная технология решения задачи восстановления линейной зависимости в условиях интервальной неопределенности данных и с учетом требования сильного согласования. Ее основой служит техника, основанная на применении так называемого распознающего функционала множества решений задачи — специального отображения, которое знаком своих значений распознает принадлежность точки множеству решений и одновременно дает количественную меру этой принадлежности. Обсуждаются свойства распознающего функционала. Оценкой параметров восстанавливаемой зависимости принимается точка максимума этого функционала, которая обеспечивает наилучшее согласование параметров и данных (или их наименьшее рассогласование). Соответственно, практическая реализация этого подхода, названного «методом максимума согласования», сводится к численному нахождению безусловного максимума распознающего функционала — вогнутой негладкой функции. В заключение работы приведен конкретный пример решения задачи восстановления линейной функции по данным измерений с интервальной неопределенностью.