Предложено использование аминотиоэфирного сорбента 2-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)уксусной кислоты (ДТУК) для сорбционного извлечения и концентрирования редкоземельных элементов (РЗЭ) из водных растворов и растворов проб гидроксиапатитов (ГА) и трикальцийфосфатов (ТКФ), легированных РЗЭ. Последующее определение РЗЭ проводили непосредственно в фазе сорбционного концентрата методом атомно-эмиссионной спектрометрии с возбуждением спектра в дуге постоянного тока (ДАЭС). Установлено, что для полного извлечения РЗЭ из модельных солянокислых растворов необходимо добавление 10^–7 г/л HF. С использованием модельных растворов выбраны условия сорбционного извлечения РЗЭ (кислотность растворов, масса сорбента, температура и время сорбции). Способность сорбента ДТУК полностью извлекать РЗЭ в выбранных условиях подтверждена путем анализа растворов реальных образцов ГА и ТКФ методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП). Выбраны условия определения примесей РЗЭ методом ДАЭС — режим работы генератора и сила тока, время экспозиции, форма электродов и расстояние между ними, масса навески пробы. Для уменьшения влияния матрицы пробу разбавляли графитовым порошком (1:1 по массе), для улучшения атомизации РЗЭ в дуговом разряде в пробу вводили носитель — NaCl. Правильность результатов определения РЗЭ в образцах ГА и ТКФ по предложенной сорбционно-атомно-эмиссионной методике подтверждена сравнением с результатами референтного метода АЭС-ИСП. Оценены пределы определения РЗЭ (5 · 10^–6 – 5 · 10^–5 % масс.), относительное стандартное отклонение не превышало 10 %.

Предложена новая методика пробоподготовки образцов горных пород для элементного анализа методами атомно-эмиссионной (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). В качестве объектов исследования служили международные стандартные образцы состава горных пород GM (гранит), JA-2 (андезит), BHVO-1 (базальт) и JR-1 (риолит), в которых методом ИСП-АЭС определяли основные элементы (Ti, Al, Mn, Ca, Mg, Fe, Na, K, P) в пересчете на оксиды, а методом ИСП-МС — микроэлементы (Li, Be, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Pb, Th и U). Для полного разложения минералы подвергали взаимодействию со смесью бифторида и сульфата аммония при нагревании до 350 °C в течение 2 ч. Установлено, что после такой процедуры все компоненты исследуемых образцов полностью растворяются в 13 %-ной азотной кислоте. Элементный анализ растворов на содержание микро- и макрокомпонентов показал хорошее совпадение результатов с сертифицированными характеристиками образцов, что свидетельствует о полноте перехода компонентов пород в раствор. Исследован механизм взаимодействия минералов, входящих в состав горных пород, с бифторидом и сульфатом аммония. Установлено, что совмещение стадий фторирования и сульфатизации позволяет эффективно вскрывать силикатные горные породы благодаря разрыву связей Si–O с участием NH₄HF₂ с образованием простых и комплексных фторидов и переводу нерастворимых фторидов элементов анализируемых проб в более растворимые сульфаты при взаимодействии с (NH₄)₂SO₄. Показано, что кремний в процессе пробоподготовки возгоняется в виде (NH₄)₂SiF₆, в результате чего значительно снижается масса растворенных солей, поскольку кремний является основным компонентом силикатных горных пород. Достоинствами предлагаемой методики по сравнению с кислотным разложением являются ее экспрессность и полнота вскрытия за счет снижения количества стадий в процессе разложения образцов.

Вопросам количественной оценки надежности судебно-экспертных методик тестирования (СЭМТ) не уделяется достаточного внимания. В настоящей работе для этой цели использован такой метрологический параметр валидации методики, как надежность — воспроизводимость результатов тестирования при многократном повторении тестов образцов с известными признаками/свойствами при варьировании условий (разные операторы, использование разного оборудования, разное время). Количественной характеристикой надежности СЭМТ является уровень ложноположительных и ложноотрицательных результатов в общем количестве тестирований. Отмечены специфика контрольных образцов для эксперимента и необходимость учета вариационности признаков в них, рекомендовано использование для валидации образцов с отчетливым проявлением контролируемых признаков. Статистическая оценка результатов тестирования заключается в расчете показателей (опытной вероятности) ошибок по приведенным формулам. Приведены формулы расчета разных показателей, относящихся к правильным положительным и отрицательным результатам, наряду с таблицей бинарной классификации для представления результатов валидационного эксперимента. В качестве примера рассмотрено соответствие показателей (опытных вероятностей) истинным вероятностям событий для случая сравнительного исследования ситуации с парой образцов: «тот же источник происхождения (совпадение)» и «разные источники происхождения (несовпадение)». Даны формулы приближенного расчета границ достоверности для биноминального распределения, которому подчиняется большинство рассматриваемых в работе методик бинарного отклика. Рассчитан доверительный интервал при валидации конкретной методики СЭМТ и показано, что на основе экспериментально установленных показателей правильных результатов «чувствительности» и «специфичности» при наличии априорных данных о распространенности образцов по совокупности контролируемых признаков с использованием байесовской формулы можно рассчитать доли ложных положительных/отрицательных аналитических сигналов (ЛПС и ЛОС). Низкие значения показателей ЛПС и ЛОС свидетельствуют о правильности тестирования или правильности принятого решения и пригодности методики для целей назначения.

В работе представлены результаты оценки влияния кристаллогидратной воды в составе щелочей KOH и NaOH на процесс селективного травления пластин монокристаллического GaAs, применяемых для выявления дислокационных ямок травления на кристаллографической поверхности {100} при технологическом контроле качества слитков монокристаллического GaAs. Селективное травление проводили в расплавах кристаллогидратов щелочей (KOH · H₂O, NaOH · H₂O), а также в расплавах безводных щелочей (KOH, NaOH). Установлено, что при травлении в безводных гидроксидах калия и натрия травление пластин {100} арсенида галлия протекает не избирательно — происходит практически равномерное растворение всей поверхности. В то же время в расплаве кристаллогидрата KOH · H₂O происходит образование зон эрозии — дислокационных ямок травления, характерных для кристаллографической плоскости {100}. В расплаве кристаллогидрата NaOH · H₂O процесс селективного травления не протекает при прочих равных условиях проведения эксперимента. Анализ экспериментальных данных позволил выявить и обосновать механизм селективного травления, заключающийся в высокотемпературном гидролизе поверхности {100} GaAs при участии остатков кристаллогидратной воды в составе KOH · H₂O. Показано, что температура и наличие воды в составе селективного травителя — определяющие факторы протекания данного процесса. Полученные результаты могут быть использованы для контроля селективного травления пластин GaAs, а также стандартизации методики их технологического контроля.

Применение одноэлементных вихретоковых преобразователей в средствах вихретокового контроля ограничивает производительность дефектоскопа, поскольку формируемый контур вихревого тока, соответствующий среднему витку катушки вихретокового преобразователя, ограничен площадью этого витка и скоростью сканирования контролируемой поверхности. Наличие нескольких одноэлементных вихретоковых преобразователей неизбежно оказывает негативное взаимное влияние. В работе представлены результаты по повышению производительности трехфазного вихретокового дефектоскопа (ТВД), включающей увеличение скорости сканирования и уменьшение взаимного влияния одноэлементных вихретоковых преобразователей. В качестве источника информативного параметра в ТВД используется трехэлементный трехфазный вихретоковый преобразователь, представленный тремя одноэлементными трансформаторными преобразователями, обмотки возбуждения которых подключены к источнику трехфазного переменного высокочастотного напряжения. На основе теории Вагнера – Эванса предложена математическая модель, описывающая формирование при нарушении симметрии трехфазной системы напряжений так называемой несимметричной системы, которую можно представить в виде суммы симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательностей. С учетом математической модели разработана структурная схема ТВД. Схема предполагает, что возбуждающие обмотки составляющих дефектоскоп одноэлементных преобразователей подключены к источнику трехфазного симметричного напряжения, а на измерительные обмотки при взаимодействии вихретокового преобразователя с объектом контроля поступает вносимое напряжение в виде трехфазной системы. Кроме того, с помощью фильтра симметричных составляющих выделяется напряжение обратной последовательности, которое формируется только при нарушении симметрии вносимых напряжений на измерительных обмотках трехфазного вихретокового преобразователя и может использоваться как информативный параметр для выявления таких дефектов, как, например, нарушения сплошности объекта контроля. Полученные результаты могут быть использованы в вихретоковых дефектоскопах, основанных на методах электромагнитного неразрушающего контроля, для выявления дефектов различной природы.

Рассмотрены структурно-феноменологическая концепция (СФК) и модель эволюции разрушения композитного материала, связывающие его несущую способность с кинетикой перераспределения весового содержания микро-, мезо- и макромасштабных повреждений в процессе нагружения. Отслеживая в режиме нагружения изменение значений парциального накопления повреждений в структуре материала на разных масштабных уровнях и сопоставляя их с пороговыми значениями, можно контролировать фактическое состояние несущей способности изделия. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено соответствие между поверхностями микро-, мезо-, макроразрушений структурных связей конструкционного материала и энергетическими параметрами регистрируемых при этом акустико-эмиссионных импульсов, формирующих в поле дескрипторов относительной энергии (E_и) и максимальной амплитуды (u_m) кластеры нижнего (Н), среднего (С) и верхнего (В) уровней с границами соответственно E_и < 85 дБ, u_m < 55 дБ; E_и = 85 – 115 дБ, u_m = 55 – 80 дБ; E_и > 115 дБ, u_m > 80 дБ. Разработаны алгоритм и программное обеспечение (ПО), контролирующие динамику перераспределения параметров парциальной активности (Ń_i) и весового содержания (W_i) локационных импульсов в энергетических кластерах, характеризующих кинетику микро-, мезо- и макроповреждений in situ нарушения структурных связей изделия в режиме нагружения. Сопоставляя текущие значения наиболее информативных параметров W_Н и W_С с их пороговыми величинами [W_Н] и [W_С], соответствующими состоянию изделия при разрушении материала, получаем возможность контролировать фактический уровень несущей способности конструкции. Разработанные концепция, алгоритм и ПО использованы для оценки несущей способности сетчатой конструкции панели при ее испытаниях на сжатие в режиме нагружения.

Исследованы последствия водородной коррозии стенок химического реактора из стали 09Г2С в процессе эксплуатации. Срок эксплуатации — 85 тыс. ч. Условия работ — внешняя термомеханическая нагрузка при низком давлении водородосодержащей внутренней среды (0,05 МПа). Сопоставлены данные исследований вырезанных из стенок реактора образцов с результатами, полученными при испытаниях изолированных, искусственно насыщенных водородом образцов из стали этой же марки. Получены новые данные о влиянии водорода и внешней нагрузки на механические свойства, структуру и химические превращения стали. Эти данные отличаются от ранее опубликованных тем, что установлено повышение пластичности металла после эксплуатационной водородной деградации (она выше, чем у новых образцов из стали той же марки) и формирование хрупкого излома металла при достаточно высоком значении его ударной вязкости. Причем несмотря на наблюдаемое под микроскопом полное обезуглероживание некоторых элементов микроструктуры в процессе эксплуатации, средняя концентрация углерода не меняется, он скапливается на границах зерен. В искусственно насыщенных водородом образцах подобная картина не наблюдается. Выдвинуты предположения о возможных механизмах, химических реакциях, форме образующегося при этом углерода и его влиянии на механические свойства металла.

Цель работы — решение задач построения схем и моделей учета особенностей проведения натурных тензометрических исследований конструкций, эксплуатируемых при температурах до 550 °C, в элементах которых могут возникать местные упругопластические деформации. Для их решения использованы результаты тензометрических исследований теплообменного аппарата, элементы которого подвергаются интенсивным тепловым воздействиям со стороны жидкометаллического теплоносителя с переменной температурой. На основании выполненного анализа предложены схемы построения измерительных систем, использующиеся на различных этапах исследований и позволяющие применять аппаратуру с альтернативными методами питания тензорезисторных преобразователей. Альтернативные схемы построения измерительной системы обеспечивают получение данных об изменении метрологических характеристик первичных преобразователей непосредственно в процессе натурного эксперимента. При этом используется принцип зависимости величины рассеяния температурных характеристик тензорезисторов от изменения температурных составляющих их выходных сигналов. Построена математическая модель ползучести тензорезисторов при высоких температурах. Она основана на результатах, позволивших обосновать экспоненциальную модель изменения неинформативного выходного сигнала, связанного с ползучестью. Обоснована методика определения ползучести тензорезисторов, которая базируется на измерении выходных сигналов при циклически изменяющейся деформации. Предложены алгоритмы учета погрешностей, связанных с ползучестью тензорезисторов в условиях нестационарного теплового нагружения исследуемого теплообменного аппарата. Данные исследований позволили выполнить корректировку экспериментально полученных функций изменения напряженного состояния исследуемой конструкции. Результаты проведенной работы обеспечили повышение достоверности оценки прочности и ресурса конструкций энергетического машиностроения, выполняемой на основе проведенных натурных исследований.

Пластическая деформация имеет склонность к локализации на всех этапах — от начала до конца (до разрушения) и принимает на этом пути различные закономерно меняющиеся формы. Локализация пластического течения может быть причиной разрушения материалов в ходе технологических процессов, связанных с большими пластическими деформациями. В связи с этим необходимо выяснить закономерности процесса локализации пластической деформации на всем протяжении деформационной кривой — от предела текучести до предела прочности. Знание закономерностей локализации пластического течения позволит сформулировать критерий прогнозирования запаса пластичности материалов. Для исследования особенностей пластической деформации металлов перспективным оказался метод спекл-фотографии. Пространственное разрешение этого метода отвечает уровню оптической микроскопии при значительном преимуществе по размеру поля зрения. Данный метод позволяет получать значения компонент тензора пластической дисторсии рабочей поверхности образца с интервалом 30 с (предельные перемещения точек поверхности — 100 мкм) и в конечном счете — анализировать эволюцию картин локализации, а также определять кинетические параметры подвижных очагов локализации. В данной работе методом спекл-фотографии исследована кинетика развития очагов локализованной пластической деформации в поликристаллическом медно-никелевом сплаве МНМц40-1,5. Установлено, что формы локализации полностью определяются действующими на соответствующей стадии процесса законами деформационного упрочнения материала. Локализация пластического течения в медно-никелевом сплаве имеет автоволновой характер. При этом на площадке текучести, стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также на стадии предразрушения наблюдаемые картины локализации отражают разные типы автоволновых процессов. Анализ характеристик таких процессов позволил измерить скорость их распространения и длину волны. Предложен способ выявления очага разрушения для прогнозирования запаса пластичности металлов.