Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 86, № 9 (2020)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-13 27
Аннотация

Экспрессное определение цефалоспориновых антибиотиков в биологических жидкостях необходимо для оценки физиологических и биохимических процессов, протекающих в организме. Разработаны планарные немодифицированные и модифицированные полианилином (0,3 – 1 %), наночастицами NiZnFeO и их бинарными смесями потенциометрические сенсоры различных типов на основе ассоциатов тетрадециламмония (ТДА) с комплексными соединениями серебро(I) — β-лактам, чувствительные к цефазолину (Cef), цефуроксиму (Cefur) и цефтриаксону (Ceftr). В сенсорах I типа электродно-активные компоненты (ЭАС) и модификаторы вносили в углеродсодержащие чернила, в сенсорах II типа использовали поливинилхлоридные пластифицированные немодифицированные и модифицированные мембраны на основе [Ag2(Ceftr)2]2 · 2ТДА. Оценены электроаналитические и операционные характеристики немодифицированных и модифицированных планарных сенсоров в водных растворах цефазолина, цефуроксима, цефтриаксона и на фоне ротовой жидкости. Показано, что введение модификаторов в углеродсодержащие чернила сенсоров приводит к стабилизации их потенциала, увеличению угловых коэффициентов электродных функций, снижению предела обнаружения антибиотиков до 1,7 · 10–5 моль/л, уменьшению времени отклика и дрейфа потенциала. Наиболее эффективным модификатором оказались наночастицы NiZnFeO. Для сенсоров II типа электродные функции линейны в интервале концентраций 3,1 · 10–5 – 0,1 · 10–1 моль/л цефтриаксона. В зависимости от содержания ЭАС в фазе мембран немодифицированных планарных сенсоров угловые коэффициенты электродных функций изменяются в пределах 25 – 27 мВ/pC и соответствуют нернстовским значениям для двузарядных ионов. Интервалы линейности электродных функций сенсоров идентичны при всех исследуемых концентрациях ЭАС; с увеличением CЭАС уменьшаются дрейф потенциала и время отклика. Разработанные планарные сенсоры использовали для определения цефалоспориновых антибиотиков в модельных водных растворах, лекарственных препаратах и ротовой жидкости.

14-23 22
Аннотация

Исследована возможность улучшения определения 1,1-диметилгидразина (несимметричного диметилгидразина, НДМГ) методом ВЭЖХ-СФ с предварительной дериватизацией 2-нитробензальдегидом (2НБА) и 4-нитробензальдегидом (4НБА) в водной среде за счет применения мицеллярного катализа реакции получения производных. Были оптимизированы условия дериватизации НДМГ, такие как рН, концентрации реагента и поверхностно-активного вещества (ПАВ), температура и время проведения реакции. Установлено, что реакции дериватизации протекают полностью при pH 9 в присутствии 87 мМ раствора додецилсульфата натрия (ДДСН) и избытка реагентов при комнатной температуре за 45 и 30 мин для 2НБА и 4НБА соответственно. Методом ионной хроматографии по отсутствию НДМГ в реакционной смеси доказано, что в этих условиях достигается количественный выход продуктов реакции. Мицеллярный катализ позволяет проводить дериватизацию в более мягких условиях и обеспечивает полноту протекания реакции в области малых концентраций НДМГ, что расширяет линейный диапазон определяемых концентраций. Для ВЭЖХ-СФ определения НДМГ использовали хроматографическую колонку ZORBAX Eclipse Plus C18 (150 × 3,0 мм, 3,5 мкм), а в качестве подвижной фазы — смесь ацетонитрила и 10 мМ аммиачного буферного раствора pH 7 (50/50, % об.) при скорости потока 0,7 мл/мин в изократическом режиме. Детектирование диметилгидразонов 2НБА и 4НБА проводили на длинах волн 308 и 394 нм соответственно. Пределы обнаружения НДМГ (S/N = 3) составили 3 и 1,5 мкг/л для 2НБА и 4НБА соответственно. Время хроматографического анализа — 15 мин. Разработанная методика анализа вод обеспечивает простое, чувствительное и воспроизводимое определение НДМГ в диапазоне концентраций 5 – 1000 мкг/л методом ВЭЖХ-СФ без дополнительного концентрирования.

24-29 14
Аннотация

В связи с расширением работ по синтезу и исследованию структуры новых интеркаляционных соединений на основе дисульфида молибдена с включенными в его слоистые структуры разнообразными органическими молекулами возникает необходимость в быстром проведении анализа этих соединений на содержание молибдена с возвращением образцов исследователям. В настоящей работе предложена экспресс-методика рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) этих соединений насыпным способом в области содержаний молибдена 28 – 50 %. Аналитический сигнал измеряли на длине волны линии MoKα с использованием спектрометра VRA-30 (Carl Zeiss, Германия; рентгеновская трубка с Rh-анодом; 35 кВ, 15 мА). Содержание молибдена рассчитывали по выведенному уравнению связи, погрешность определения — ±2,5 % Мо (абс.). В отличие от традиционно используемой в лаборатории методики анализа по способу внешнего стандарта с разбавлением предлагаемая методика при удовлетворительной точности позволяет сократить время анализа с ~100 мин до ~20 мин, при этом материал образца сохраняется и может быть возвращен для дальнейших исследований. Правильность методики подтверждена для партии соединений сравнением с результатами РФА по методу с разбавлением.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

30-36 26
Аннотация

Термическая обработка (ТО) — один из основных и наиболее важных этапов технологического цикла производства металлических изделий. При проведении ТО в металлах возникают остаточные напряжения (ОН), оказывающие существенное влияние на эксплуатационный ресурс изделий. Цель настоящей работы — разработка методики неразрушающего акустического контроля ОН в стальных образцах. Акустический метод основан на явлении акустоупругости — зависимости акустических характеристик от параметров контролируемой среды. Поля ОН в прямоугольных образцах из штамповой стали 5ХНМ формировали с использованием различных режимов ТО, включающих охлаждение как в традиционных средах (воде, масле, воздухе), так и с помощью водовоздушной смеси (ВВС). Управляя соотношением параметров воды и воздуха, а также направлением потока ВВС, обеспечивали необходимые скорость охлаждения и локальность процесса. Установили, что при удалении от плоскости охлаждения уровень ОН снижается, меняются микроструктура и упругие характеристики материала. Влияние охлаждения на формирование температурных полей и величину ОН анализировали с применением компьютерного моделирования (программа CAE ANSYS). В качестве задаваемых параметров использовали значения характеристик стали 5ХНМ. Результаты моделирования подтвердили данные экспериментальных испытаний. Акустические измерения проводили на измерительно-вычислительном комплексе «АСТРОН», который позволял определять скорости упругих (продольной и поперечной) волн и модули упругости исследуемого материала. Выявили, что различия измеряемых значений акустическим и рентгеновским методами не превышают 10 %. Полученные результаты могут быть использованы на производстве при измерении ОН акустическим методом в крупногабаритных штампах из стали 5ХНМ.

37-44 15
Аннотация

В работе представлены результаты сравнительного исследования функций распределения ориентировок (ФРО), рассчитанных из прямых полюсных фигур (ППФ) с помощью суперпозиции большого числа положительных стандартных гауссовских нормальных распределений с одинаковым рассеянием (программа Texxor) и метода произвольно определенных ячеек (ADC-метода) (программа LaboTex). Сравнение осуществляли для эталонной ориентировки Santa Fee (в качестве экспериментальных ППФ применяли рассчитанные ранее полные ППФ) и измеренных неполных ППФ, характеризующих текстуры рекристаллизации алюминиевого сплава 6016 с высокой степенью остроты. В качестве критерия оценки погрешностей вычислений по обеим программам использовали RP-фактор — усредненные по каждой и всем измеряемым ППФ разности интенсивностей экспериментальной и расчетной ППФ, отнесенные к соответствующим экспериментальным значениям на полюсной фигуре. Установили, что RP(0,5)-факто ≥р (нормированные интенсивности, используемые при расчете, 0,5) для Santa Fee составляет 0,3 (Texxor) и 2,6 % (LaboTex). При этом максимальные значения ориентационной плотности ФРО отличаются незначительно (5,1 и 4,5). Однако для измеренных неполных ППФ текстуры рекристаллизации алюминиевого сплава они различаются существенно (61,8 и 95,9), а RP(0,5)-фактор возрастает до 12,6 и 30,5 % соответственно. Поскольку в случае метода суперпозиции нормальных распределений RP(0,5)-фактор меньше, чем при ADC-методе, восстановление ФРО с использованием программы Texxor предпочтительнее по сравнению с LaboTex.

45-51 17
Аннотация

Титановые сплавы широко применяют в качестве материалов для элементов ядерных энергетических установок, к которым предъявляются высокие требования надежности. Цель данной работы — разработка методики рентгенодифракционного исследования образцов α- и псевдо-α-титановых сплавов ПТ-3В, ПТ-7М и ВТ1-0. Обработку поверхности образцов для испытаний с использованием рентгеновского дифрактометра Shimadzu XRD-7000 (CuKα-излучение) осуществляли с помощью полировки (механической и электрохимической) и химического травления. Установлено, что сплавы ПТ-3В и ПТ-7М характеризуются смешанной структурой, состоящей из α- и α’-фаз, по границам зерен которых наблюдается выделение субмикронных частиц β-фазы. Результаты рентгенофазового анализа, которые сопоставляли с данными металлографии и электронной микроскопии, в значительной степени зависят от способа, качества и продолжительности обработки поверхности. Электрохимическая полировка и обработка кислотой приводят к уменьшению ширины дифракционных максимумов и более явному проявлению их «тонкой» структуры. «Расщепление» основных рентгеновских пиков титана — следствие тонкой структуры первичного рентгеновского излучения (Kα1,2-дублет). Зависимость от способа и качества подготовки поверхности снижает достоверность количественного анализа фазового состава. Поэтому необходима верификация результатов с помощью прямых методик исследования структуры сплавов.

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

52-62 24
Аннотация

Предложен новый метод исследования влияния малоцикловой усталости на эволюцию величин параметров механики разрушения при нагружении плоских образцов с концентраторами напряжений. Рассмотрены три программы нагружения с постоянным значением размаха напряжений и различными коэффициентами асимметрии цикла, а также две программы с постоянным коэффициентом асимметрии и различными величинами размаха напряжений цикла. Одна программа — общая для обоих случаев. Все программы включают одноосное растяжение-сжатие. Каждую программу реализовывали путем испытания партии одинаковых образцов — от семи до девяти в каждой. Один образец из партии был предназначен для оценки долговечности. В рамках каждой программы остальные образцы доводили до различных стадий малоцикловой усталости. Экспериментальные данные получали для трещин различной длины, которые моделировали последовательностью из трех узких надрезов, начинающихся от сквозного отверстия в прямоугольном образце. Деформационный отклик на малое приращение длины надреза при постоянной внешней нагрузке измеряли с помощью метода электронной спекл-интерферометрии. Исходная экспериментальная информация — картины интерференционных полос, которые обеспечивали определение тангенциальных компонент перемещений непосредственно на берегах надреза. Таким образом, величины раскрытия надреза определяли по результатам прямых измерений. От измеренных перемещений к величинам коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) и T-напряжений переходили с помощью соотношений модифицированной версии метода последовательного наращивания длины трещины, которые основаны на формулировке Уильямса. Получены распределения параметров механики разрушения по длине надрезов на различных этапах циклического нагружения. На этой основе построены зависимости величин раскрытия, КИН и T-напряжений для надрезов фиксированной длины от количества циклов нагружения. Установлено, что экспериментальные распределения величин КИН по периоду долговечности практически совпадают для всех четырех комбинаций параметров цикла нагружения.

63-69 17
Аннотация

Сталь-алюминиевые композиционные материалы широко применяют в технике благодаря высоким показателям характеристик весовой эффективности в сочетании со значительными механическими свойствами. Используют их, например, в авиакосмической отрасли для изготовления корпусных деталей ракет, топливных баков и элементов авиационной брони. Цель данной работы — изучение трещиностойкости и механизма разрушения композиционного материала алюминий-сталь (20 % об.) плотностью 2,85 г/см3. Композит получали, используя высокодисперсную алюминиевую пудру ПАП-2 для формирования его матричного компонента. Армирующий компонент изготавливали из стальных сеток, сплетенных из троса аустенитной стали (08Х17Н13М2). Прочность полученного материала при поперечном изгибе (550 – 600 МПа) рассчитывали по максимальной нагрузке, соответствующей первому скачку трещины, зародившейся в матрице. Его трещиностойкость на стадии инициирования разрушения, оцениваемая по параметру K1c, составляла от 15 до 30 МПа · м1/2. Для описания трещиностойкости исследуемого композита на стадии развития разрушения использовали такую характеристику, как удельная эффективная работа разрушения γF = 2 · 104 – 8 · 104 Дж/м2. Для данного композита γF на порядок выше, чем для стали Ст3, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ВТ-5, что является преимуществом разработанного материала. Значительные показатели параметра γF обусловлены высокоэнергоемким механизмом разрушения. Он обеспечивается повышенными затратами энергии на разрушение перемычек между матричными алюминиевыми слоями путем их среза тросом в результате действия сдвиговых напряжений, на преодоление сил трения при вытягивании троса из матрицы и на сдвиг слоистых пакетов внутри матрицы, образованных диффузионно-связанными алюминиевыми чешуйчатыми частицами. Свойства полученного сталь-алюминиевого композита позволяют использовать его в качестве материала для легких элементов конструкций, эксплуатируемых в условиях механического нагружения.

70-76 25
Аннотация

В процессе эксплуатации трубные стали нефтяного сортамента подвергаются воздействию коррозионно-активных сред, что при наличии растягивающих напряжений может привести к их коррозионному растрескиванию. Стандартная методика оценки склонности сталей к коррозионному растрескиванию при статической нагрузке имеет продолжительность 720 ч и зачастую не в полной мере дает представление о характеристиках материала. Цель работы — разработка методики испытаний, позволяющей получить достоверную информацию о поведении материала в коррозионной среде под напряжением за более короткий срок. Предложена методика ускоренных испытаний трубных сталей нефтяного сортамента на коррозионное растрескивание со скоростью относительной деформации ~10–6 с–1. Приведены результаты испытаний двух материалов при различной скорости деформации и в разных коррозионных средах. По диаграммам растяжения образцов, испытанных на воздухе и в коррозионных средах, содержащих сероводород и углекислый газ, а также по измерению относительного удлинения и относительного сужения разрушенных образцов определена степень склонности трубных сталей различной прочности к коррозионному растрескиванию. В результате проведенных испытаний показано, что стали в зависимости от уровня прочности и коррозионной среды в различной степени проявляют склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Испытания с медленной скоростью нагружения по сравнению с испытаниями при статической нагрузке образцов сокращают продолжительность эксперимента с 720 – 1000 до 25 – 100 часов.



ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)