Представлен новый подход к исследованию продуктов пероксидного окисления диклофенака и их реакционной способности, основанный на совмещении функционализации поверхности мишени для лазерной десорбции/ионизации (ЛДИ-мишени) и моделирования реакции электро-Фентона в условиях микродисперсного электрораспыления (МЭР). Для обеспечения активного взаимодействия молекул диклофенака с гидроксильными группами окисление проводили в присутствии ионов Cu+, которые способствовали образованию гидроксильных радикалов. Продукты пероксидного окисления и их аддукты с глутатионом определяли методами масс-спектрометрии с поверхностно- и матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (ПАЛДИ-МС и МАЛДИ-МС). Показано, что использование установки микродисперсного электрораспыления в сочетании с пероксидным окислением позволяет эффективно получать продукты метаболизма диклофенака первой и второй стадий. По результатам ПАЛДИ- и МАЛДИ-МС-анализа обнаружены новые продукты окислительной трансформации диклофенака и аддукты с глутатионом. Использование установки МЭР значительно ускорило процесс моделирования окислительных процессов по сравнению с традиционными методами, позволяя параллельно реакциям окисления осаждать и фиксировать образующиеся продукты в присутствии наночастиц диоксида титана на поверхности ЛДИ-мишени. В этом случае напыленные частицы служат эмиттером ионов при ПАЛДИ-МС-анализе. Полученные результаты открывают новые горизонты для более быстрого и точного анализа продуктов биотрансформации лекарственных средств. Разработка и внедрение данного подхода могут значительно ускорить процесс оценки токсичности фармацевтических препаратов.

Методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией и парофазным анализом (ПА-ГХ-МС) проведено исследование летучих органических соединений (ЛОС) в паровой фазе над промышленным образцом полиакрилата натрия в различных температурных режимах с идентификацией примесей и продуктов термической деструкции. Предложены условия, обеспечивающие эффективное хроматографическое разделение смеси продуктов деструкции с приемлемым разрешением пиков основных и минорных компонентов. Образцы полиакрилата натрия термостатировали при температурах, моделирующих эксплуатационные (30 и 60 °C) и экстремальные технологические (190 °C) условия, как с продувкой воздухом, так и без нее. Установлено отсутствие ЛОС в исходном промышленном образце полиакрилата натрия после термостатирования при температурах до 60 °C. При 190 °C в паровой фазе впервые идентифицированы 9 продуктов термической деструкции и примесей: пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, нонаналь, диметилглутарат, алкилацетали, бициклические терпены (седрен, лонгифолен) и 2,6-ди-трет-бутилхинон (продукт деградации антиоксиданта). Показано, что кратковременная продувка образца воздухом при 190 °C приводит к значительному (на порядок величины) снижению концентраций всех идентифицированных ЛОС. На основании анализа литературных токсикологических данных сделан вывод о низком ингаляционном риске идентифицированных ЛОС. Полученные результаты имеют важное значение для разработки мер безопасности при высокотемпературной переработке полиакрилата натрия и подтверждают его статус малоопасного материала.

Представлены методические исследования по изучению применимости рентгенофлуоресцентного анализатора Olympus Vanta M для получения количественных данных об элементном составе археологической керамики. В качестве объектов исследования выбраны фрагменты керамических сосудов из коллекций 7 археологических местонахождений, датируемые в хронологическом диапазоне от раннего до позднего неолита (~8,5 – 5 тыс. лет назад). Для оценки правильности результатов анализа, получаемых с помощью портативного анализатора, использовали стандартные образцы осадочных горных пород, близкие по составу к исследуемой керамике. Для большинства аналитов (Al, Si, P, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Ba, Pb) наблюдали линейную корреляцию между найденными и аттестованными содержаниями (R2 ≥ 0,90), что позволило сделать вывод о надежной встроенной (заводской) калибровке для определения этих элементов. При неразрушающем анализе керамики исследование внешней, внутренней поверхностей и среза показало неоднородность распределения P, Ca, Mn, Cr, Ni, Cu и Zn в пределах одного фрагмента. Однородное распределение в разных частях фрагмента наблюдалось для Al, Si, K, Ti, Fe, Rb, Sr, Y, Zr, Ba и Pb, при определении которых относительное расхождение между результатами анализа фрагментов с использованием Olympus Vanta M и данными, полученными для измельченной керамики в соответствии с методиками сравнения, не превышало 30 %.

Основной параметр, используемый для характеристики стойкости материалов к коррозионному разрушению, — скорость коррозии, которую оценивают по величине разрушения за определенное время, при этом представляют усредненное значение на произвольно выбранной базе испытаний. Однако существующие методы измерения скорости коррозии не дают представлений о кинетике развития коррозионных повреждений во времени, что затрудняет прогнозирование работоспособности и оценку ресурса эксплуатации узлов и механизмов. В работе представлены результаты определения скорости углекислотной коррозии по концентрации железа в испытательной среде. В процессе коррозионных испытаний измеряли концентрацию железа, перешедшего в испытательную среду, и на основе данных о потере железа определяли скорость коррозионного разрушения. Анализировали также влияние температуры испытаний, состава и структурного состояния трубных сталей на кинетику развития углекислотной коррозии. Приведены зависимости изменения скорости коррозии и развития коррозионных процессов. Показано, что усредненные значения скорости коррозии при длительных испытаниях хорошо согласуются со значениями, полученными гравиметрическим и электрохимическим методами. Полученные результаты и предлагаемый подход могут быть использованы для совершенствования методик определения и оценки динамики изменения скорости коррозии в процессе воздействия коррозионной среды.

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) — новый класс материалов, для которых в связи со сложностью получения однородной структуры по объему крупногабаритных изделий наиболее перспективно применение методов порошковой металлургии (напыление покрытий, аддитивное производство, свободное спекание). В работе представлены результаты исследования структуры и механических свойств ВЭС системы Al – Ni – Co – Fe – Cr с помощью метода наноиндентирования. Анализировали фазовый состав, морфологию и механические характеристики ВЭС-покрытия, сформированного микроплазменным напылением. Структурные составляющие покрытия определяли методом рентгеновской дифрактометрии. Твердость в пределах каждой структурной составляющей оценивали при нагрузке 5 мН. С использованием рентгеноструктурного анализа установлено, что в покрытии присутствуют твердые растворы на основе ОЦК- и ГЦК-решеток и интерметаллидного соединения с параметрами, близкими к соединению Al – Ni. Кроме того, выявлена дополнительная оксидная фаза с высоким содержанием Al и Cr, предположительно, по типу шпинелей AB2O4 (A = Ni/Co/Fe, B = Al/Cr). Около 61 % площади занимает структурная составляющая с нанотвердостью 10,2 ГПа и модулем Юнга 166 ГПа. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и совершенствовании износостойких дисперсно-упрочненных микроплазменных покрытий на основе ВЭС.

Представлена методика акустико-эмиссионного (АЭ) мониторинга степени поврежденности композитных материалов, инвариантной к влиянию механического ударного воздействия. В процессе ее разработки использовали алгоритмы регрессионного и статистического анализа, позволяющие определить нелинейные закономерности между степенью поврежденности композитных образцов (j) и значениями потоковых АЭ-параметров. В качестве наиболее информативных АЭ-параметров, коррелирующих с фактическим состоянием контролируемых изделий, выбраны значения квантилей уровня p = 0,9 функций распределения энергии переднего фронта ([Eφ]p = 0,9) и удельной энергии ([EN]p = 0,9) импульсов АЭ. Одним из основных этапов применения разработанной методики является разделение критериальной плоскости [EN]p = 0,9 – [Eφ]p = 0,9 на три характерных сегмента (I, II, III). По значениям потоковых параметров и их весового содержания в сегментах I, II, III (WI, WII, WIII) проведен синтез регрессионной модели, позволяющей оценить степень поврежденности композитных образцов по результатам АЭ-мониторинга. Максимальная приведенная погрешность разработанной модели составила γ = 9,8 %, при этом ее среднее значение не превышало 1,1 % независимо от исходного состояния контролируемых изделий.

При изготовлении деталей сложной геометрии с использованием аддитивных технологий в материалах возникает анизотропия механических свойств. Анизотропию статических и циклических свойств можно оценить с помощью экспериментальных исследований образцов, вырезанных в разных направлениях из наплавленной заготовки. Цель работы — исследование анизотропии механических характеристик при циклическом и статическом нагружениях нержавеющей стали 316LSi, полученной методом проволочно-дуговой наплавки. Испытания проводили на образцах, вырезанных в трех различных направлениях из наплавленной заготовки, при статическом растяжении. Установлено, что на упругие свойства стали влияет прежде всего направление вырезки образцов. Проанализировано влияние ориентации образцов на механическое поведение стали при малоцикловой усталости с контролируемыми параметрами осевой деформации. Показано, что наибольшей и наименьшей циклической долговечностью при равных значениях амплитуды деформации характеризуются образцы, вырезанные в вертикальном и диагональном направлениях по отношению к плоскости наплавленных слоев. Представлены результаты сопоставления экспериментальных кривых малоцикловой усталости с кривыми, параметры которых рассчитывали на основе уравнения Басквина – Мэнсона – Коффина и данных статических испытаний при растяжении. Показана возможность прогнозирования характеристик малоцикловой усталости для различных направлений вырезки образцов. Полученные результаты могут быть использованы при модификации технологических параметров проволочно-дуговой наплавки для уменьшения эффекта анизотропии механических свойств аддитивных материалов.

На формоизменение и разрушение многослойных материалов влияет множество факторов: способ изготовления материала, количество и толщина слоев и др. Цель работы — исследование напряженно-деформированного состояния на межслойных границах слоистого металлического композиционного материала на основе сталей 09Г2С и 12Х18Н10Т. Процесс расслоения анализировали с использованием конечно-элементного моделирования совместно с методом виртуального закрытия трещин. При проведении испытаний варьировали критическую скорость высвобождения упругой энергии в условиях отрыва двух образцов с разным отношением толщины отрываемой части к общей толщине образца. Показано, что для инициации расслоения необходимо, чтобы критическая скорость высвобождения упругой энергии была ниже 40 кДж/м2. Установлено, что в зависимости от отношения толщины отрываемой части к общей толщине расслоение начинает формироваться в разных местах образца. При этом отклонение максимального главного напряжения в вершине трещины от направления приложения нагрузки составляет 10°. Выявлено, что при испытаниях на расслоение предпочтительнее использовать образец, в котором отношение толщины отрываемой части к общей толщине меньше. Полученные результаты могут быть использованы при подборе геометрии образца для испытаний на расслоение и оценке качества соединения слоев.

С каждым годом повышаются требования к эффективности функционирования как создаваемых, так и существующих систем. Это приводит к усложнению решаемых задач при создании таких систем, диагностике их состояния и управлении ими. Одной из таких задач является установление характера и структуры взаимосвязей между протекающими процессами, которые имеют стохастическую природу и обычно описываются с помощью корреляционных зависимостей. Однако их многомерность и многосвязанность вносят определенные затруднения при использовании корреляционного анализа. Для более ясного понимания и использования корреляционных зависимостей необходима их системная интерпретация. Фундаментальной характеристикой любых систем с неоднозначным, или вероятностным, поведением является энтропия. В частности, в настоящее время получен ряд результатов, связывающих дифференциальную энтропию случайных векторов с корреляционными характеристиками. Цель работы — исследовать и систематизировать соотношения между дифференциальной энтропией и показателями корреляционной связи, используемыми в многомерном статистическом анализе. В статье рассмотрены все основные варианты корреляционных связей в многомерных системах, включая взаимную корреляцию между всеми элементами, между подсистемами (на разных уровнях системы), между одним элементом (подсистемой) и группой элементов (подсистем). Во всех случаях установлено, что корреляционные показатели аналитически определяются из дифференциальной энтропии системы, рассматриваемой в форме случайного вектора. Приведены примеры, иллюстрирующие полученные результаты.