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, № 11 (2020)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-12 24
Аннотация

Приведен краткий обзор методик определения щелочного числа моторных масел (TBN). Этот интегральный показатель характеризует суммарное содержание примесей (присадок) основного характера в пересчете на массу KOH. Обычно отработанные моторные масла титруют соляной кислотой в неводной среде, контролируя потенциал индикаторного электрода. Установлено, что ту же методику можно с успехом использовать и для анализа товарных (свежих) масел. Щелочные числа свежих и отработанных моторных масел определяются с приблизительно одинаковой сходимостью (Sr < 2 %). Для оперативного контроля прецизионности измерений применяли указанные в ГОСТ 11362–96 пределы повторяемости. На примере масла М-10Г2 сопоставлены разные варианты потенциометрического титрования, определены соответствующие метрологические характеристики и выработаны рекомендации для испытательных лабораторий. Титрование масла до некоторого фиксированного потенциала, рекомендуемое в ГОСТ 11362–96, дает заниженные значения TBN по сравнению с другими вариантами выявления точки эквивалентности и ухудшает воспроизводимость результатов при использовании навесок разной массы. Рекомендуется определять щелочное число масел прямым титрованием, применяя способ трех касательных. Правильность результатов такого анализа проверяли методом добавок: погрешность не превышает 15 % отн. С помощью карт Шухарта установлено, что метрологические характеристики сходимости и воспроизводимости стабильны, но результаты анализа контрольных проб нередко выходят за пределы предупреждения, особенно для отработанного масла. Предложены перспективные направления дальнейших исследований.

13-19 24
Аннотация

Исторические стекла представляют собой сложные многокомпонентные системы, которые условно можно смоделировать сведением их состава к трем или четырем важнейшим макрокомпонентам и рассматривать остальные компоненты как добавки. В статье рассмотрен анализ стекол в системе K2O – CaO – SiO2, часть которых наряду с калием содержит натрий, а также микродобавки (оксиды железа, сурьмы, мышьяка, марганца). Исследование данных объектов не предусматривает их вынос за пределы мест музейного хранения, что сильно ограничивает круг используемых методов для их анализа. Продемонстрирована возможность применения портативного рентгенофлуоресцентного анализатора для определения состава исторических стекол, в том числе и объектов культурного наследия, исследовать которые возможно только неразрушающими методами анализа. Рассмотрено определение состава силикатных стекол, не содержащих свинец или с низким его содержанием. Предложенная методика предусматривает использование программ по фундаментальным параметрам с последующим пересчетом содержания элементов на оксиды, что позволяет оценить содержание кислорода в образце. Содержание остальных легких элементов, которые не удается определить с использованием данного прибора (Z < 13), находят следующим образом. Из литературы известно, что исследуемые объекты не содержат литий, бор, углерод, азот и фтор. Магний в состав исторических стекол специально не вводили: он попадал в них только как примесь к известняку или поташу. Это позволяет лишь полуколичественно оценить содержание магния по определенному экспериментально содержанию калия и кальция и пересчитать его на оксид. Содержание оксида натрия в стекле мы находим по разности, вычитая из 100 % содержание всех оксидов. Хотя такая методика позволяет лишь оценить содержание натрия в стекле, она важна при ответе на вопрос, вводили ли натрий в стекло специально или он попадал в него в виде примеси в поташе.

20-27 14
Аннотация

В процессе синтеза диметилметилфенилсилоксановых каучуков с концевыми гидроксильными группами методом сополимеризации циклосилоксанов могут образовываться низкомолекулярные соединения — примеси, которые, обладая химическим сродством к целевому продукту, трудно удаляются и могут вызывать опалесценцию каучука. Идентификацию примесей (при содержании каждой ≥10–4 % масс. в 1 мкл пробы) можно проводить высокочувствительным хромато-масс-спектрометрическим методом. Метод позволяет на капиллярной колонке разделить анализируемую смесь на индивидуальные компоненты. Эти компоненты попадают в масс-анализатор и подвергаются электронной ионизации, что приводит к их диссоциации на пары катион — нейтральный фрагмент. В масс-спектрах наблюдаются только положительно заряженные ионы, которые позволяют предсказать строение анализируемых силоксановых примесей. При масс-спектрометрической фрагментации имеют место перегруппировки линейных и циклических молекул, в результате чего они превращаются в циклические и бициклические катионы. Структура таких катионов, образующихся в условиях ионизации, зависит от числа силанольных связей и их расположения в молекуле. Для подтверждения присутствия в составе примесей соединений с гидроксильными группами и демонстрации влияния электронной ионизации на фрагментацию соединений с силанольными связями методом сополимеризации был аналогично синтезирован образец олигометилсилоксана с концевыми триметилсилокси-группами. Соединения с силанольными связями, находящиеся в составе примесей, проявляются хроматографическими несимметричными пиками с восходящими и нисходящими пологими зонами. Соединения, проявляющиеся такими пиками и горбами, перегруппировываются либо при прохождении через хроматографическую колонку вследствие сорбции-десорбции и в измененном виде попадают в детектор, либо дрейфуют через колонку и претерпевают перегруппировки уже в условиях электронной ионизации. Среди примесей обнаружены линейные и циклические метилсилоксаны с силанольными и фенильными связями. Хромато-масс-спектрометрический метод позволяет осуществлять контроль за составом и содержанием нежелательных примесей, вызывающих опалесценцию каучука.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

28-35 31
Аннотация

Пористые материалы широко применяют в производстве шумо- и вибропоглощающих покрытий, теплоизоляций, фильтров и др. В работе представлены результаты исследования пористой структуры методом термопорометрии, основанным на понижении температуры плавления рабочего вещества (пенетранта), предварительно заполняющего микро- и мезопоры исследуемого образца. Анализировали открытую пористость углеродных материалов на основе фенолформальдегидных смол и порообразователя, полученных после пиролиза при различных условиях микрофазового разделения, индуцируемого полимеризацией. Испытания проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра. В качестве пенетранта применяли бидистиллированную воду, обладающую относительно высокими значениями изменения энтальпии при плавлении кристаллической фазы. Приведены дифференциальные и интегральные кривые распределения микро- и мезопор по размерам. Показано, что увеличение температуры микрофазового разделения приводит к росту суммарной пористости. Этому же способствует повышение скорости полимеризации фенолформальдегидной смолы за счет ее модификации метакрезолом. Выявлено, что замена фенола на паракрезол ведет к увеличению суммарной пористости при существенном замедлении реакции поликонденсации резольной смолы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке углеродных матриц с контролируемыми параметрами массопереноса.

36-41 56
Аннотация

При анализе атомной структуры моно- и поликристаллических веществ рентгенодифракционными методами используют дифрактометры, источник излучения которых — отпаянные рентгеновские трубки (максимальная потребляемая мощность — 1 – 3 кВт). Спектр излучения трубки определяется материалом анода (обычно это спектрально чистые металлы Cr, Ni, Fe, Cu, Mo, Ag). При этом длины волн характеристического излучения — 0,56 – 2,29 Е. В работе представлены результаты исследования влияния мощности рентгеновского излучения на структуру кристаллов титаната бария. Сравнение дифракционных спектров пластинчатого полидоменного сегнетоэлектрического монокристалла и нанопорошка BaTiO3 (CuKα-излучение) показало, что при увеличении мощности рентгеновского пучка со 100 (5 мА, 20 кВ) до 800 Вт (20 мА, 40 кВ) структура спектров существенно меняется. Так, в случае монокристалла BaTiO3 фиксировали перестройку доменной структуры, а следовательно, и изменение диэлектрических характеристик материала. Перестройка сопровождалась образованием между доменами непрерывных переходных зон, содержащих кубическую фазу. Для нанопорошка BaTiO3 наблюдали изменение структуры в направлении оси спонтанной поляризации c и неизменность структуры — в плоскости a – c. Полученные результаты могут быть использованы при контроле физических свойств сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков, в частности, мемристорных характеристик эпитаксиальных пленок на основе YBa2Cu3O7-δ за счет изменения их двойниковой структуры при рентгеновском облучении.

42-47 25
Аннотация

В последнее время возникла задача изготовления заготовок под штамповку для производства турбинных лопаток из стали 15Х11МФ-Ш электрошлакового переплава особо крупных габаритов (длина более 2 м, масса более 450 кг). Технология производства, как известно, влияет на структуру материала и, как следствие, на конечные свойства изделия. В работе представлены результаты исследования влияния способа получения исходного металла заготовок (сортового проката и кованых прутков) на свойства крупногабаритных штамповок турбинных лопаток. Механические характеристики, свойства микроструктуры, химический состав и содержание δ-феррита определяли, исследуя исходные образцы сортового проката и кованых прутков. Установлено, что заготовка в кованом состоянии имеет более высокие прочностные характеристики. Однако после процесса штамповки свойства лопаток выравниваются. Можно заключить, что после штамповки и термической обработки формируется одинаковая структура вне зависимости от способа получения исходной заготовки. Полученные результаты могут быть использованы при серийном производстве крупногабаритных турбинных лопаток нового профиля.

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

48-59 41
Аннотация

Прочность вдоль волокон однонаправленного композита — важнейшая характеристика для проектного расчета композитных изделий, но именно ее труднее всего корректно определить в эксперименте. Основная проблема связана с формой и способами закрепления образца, обеспечивающими минимальное влияние концентрации напряжений вблизи захватов на прочность. Невозможность непосредственного использования стандартных самозатягивающихся захватов из-за поперечного смятия образца привела к необходимости применения либо образцов с приклеенными накладками, либо специальных захватов с постоянным поперечным усилием. Для однонаправленно армированных пластиков нельзя использовать образцы с галтелями. На стандартизованных образцах в виде прямоугольных полосок, к боковой поверхности которых приложены меняющиеся касательные усилия, вызывающие значительную концентрацию растягивающих напряжений, получают неверные результаты. В данной работе проведены расчеты коэффициента концентрации напряжений вблизи захватов — по упрощенной модели сдвигового анализа и методом конечных элементов (МКЭ). Поскольку коэффициент снижения прочности всегда меньше, чем теоретический коэффициент концентрации напряжений, для оценки прочности необходимо введение феноменологического параметра материала с размерностью длины как размера зоны усреднения напряжений. Предложено три метода нахождения этого характерного размера по результатам испытаний образцов: 1) гладких с различными толщинами; 2) разной толщины — гладких и с отверстиями (разрушение происходит по отверстию, вдали от захватов); 3) с серией отверстий с убывающим радиусом (для нахождения того малого радиуса, влияние которого на снижение прочности эквивалентно влиянию захватов). На основе экспериментально определенного характерного размера рассчитаны зависимости прочности от толщины образца, отношения модулей Юнга и сдвига, длины захватов и рабочей части, степени сглаживания напряжений около кромок захватов. Предложенная расчетно-экспериментальная методика позволяет более точно оценивать «истинную» прочность композитов при растяжении, которая может быть примерно на 10 % выше определяемой на образцах большой толщины. Учет подобной поправки на влияние захватов дает возможность снизить коэффициент запаса, а следовательно, массу композитных конструкций.

60-66 17
Аннотация

Современные летательные аппараты подвергаются воздействию интенсивных пульсаций звукового давления, возникающих не только от шума двигателей, но и турбулентного воздействия среды в процессе полета. Указанные пульсации вызывают вибрации конструкции, приводящие к усталостным разрушениям обшивки и силовых элементов, отказам оборудования. Опыт эксплуатации показывает необходимость учета акустической усталости, начиная с 130 – 135 дБ, а при нагрузках свыше 160 дБ она становится одним из основных факторов, определяющих прочность авиационных и космических конструкций. Несмотря на развитие расчетных методов оценки долговечности при акустических нагрузках, наиболее достоверными остаются методы, основанные на экспериментальных исследованиях. Основная характеристика акустического нагружения — его частотный спектр. Для испытаний большинства самолетных конструкций достаточно воспроизведения акустических нагрузок в управляемом диапазоне частот от 50 до 600 Гц с интенсивностью указанных выше пульсаций. Однако для испытаний аппаратуры и оборудования космического назначения на воздействие акустического шума необходимо реализовать частотный диапазон от 150 до 1200 – 2000 Гц. В настоящее время в реверберационных камерах, эксплуатируемых в России, используются низко- и среднечастотные генераторы собственного производства в диапазоне частот от 20 до 600 Гц. Для создания более высоких частот акустических колебаний применяются электропневматический преобразователь марки EPT-200 американской фирмы ЛИНГ (предельная частота 1000 – 1250 Гц) и наиболее современные французские модуляторы SERMOD фирмы SEREME (предельная частота 1000 – 2000 Гц). Информация об устройстве этих модуляторов звука для потребителей не доступна. В силу дальнейшего развития авиационно-космической техники назрела необходимость создания отечественных высокочастотных генераторов звука для проведения акустических испытаний. В данной статье предлагается метод, обеспечивающий функционирование генератора звука в управляемом диапазоне 150 – 1200 Гц. При построении генератора необходимо было разработать такую конструкцию модулятора звука, входящего в состав генератора, чтобы при увеличении электродвижущей силы, приводящей в возвратно-поступательное движение подвижный элемент клапанного узла, избежать повышения тепловыделения в электромагнитном движителе. Для этого предложено электродвижитель выполнить в виде синхронно работающих двух частей, расположенных на противоположных концах подвижного элемента клапанного узла. Подавая в каждую часть предельно допустимый ток, общий ток возбуждения удалось увеличить вдвое. Расчет показал, что, применяя более энергоемкие постоянные магниты типа неодим NdFeB и указанный принцип формирования движителя, можно достичь управляемого регулирования звуковой частоты в диапазоне 150 – 1200 Гц с пульсацией до 160 дБ.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

67-78 21
Аннотация

Упорядочивание методов классификации должно повысить их роль в решении прикладных задач, в частности, при диагностике материалов. Для этого прежде всего следует выработать требования, которым должны удовлетворять методы классификации. Первоначальная формулировка таких требований — основное содержание настоящей работы. Математические методы классификации рассматриваются как часть методов прикладной статистики. Обсуждаются естественные требования к рассматриваемым методам анализа данных и представлению результатов расчетов, вытекающие из накопленных отечественной вероятностно-статистической научной школой достижений и идей. Приведены конкретные рекомендации по ряду вопросов, а также критика отдельных ошибок. В частности, методы анализа данных должны быть инвариантны относительно допустимых преобразований шкал, в которых измерены данные, т.е. методы должны быть адекватны в смысле теории измерений. Основой конкретного статистического метода анализа данных всегда является та или иная вероятностная модель. Она должна быть явно описана, ее предпосылки обоснованы — либо из теоретических соображений, либо экспериментально. Методы обработки данных, предназначенные для использования в реальных задачах, должны быть исследованы на устойчивость относительно допустимых отклонений исходных данных и предпосылок модели. Необходимо знать точность решений, получаемых с помощью используемого метода. При публикации результатов статистического анализа реальных данных следует указывать их точность (доверительные интервалы). В качестве оценки прогностической силы алгоритма классификации вместо доли правильных прогнозов рекомендуется использовать прогностическую силу. Математические методы исследования делятся на «разведочный анализ» и «доказательную статистику». Специфические требования к методам обработки данных возникают в связи с их «стыковкой» при последовательном выполнении. Обсуждаются границы применимости вероятностно-статистических методов. Рассмотрены также конкретные постановки задач классификации и типовые ошибки при применении различных методов их решения.