Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 84, № 5 (2018)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-13 287
Аннотация

Рассмотрена классификация ПАВ, входящих в состав моющих средств, по диссоциации функциональной заряженной группы в водной среде. ПАВ представляют собой многокомпонентные смеси сложного состава, состоящие из гомологов ПАВ и примесей исходных веществ. Покомпонентный анализ этого вида сырья, являющийся трудоемкой аналитической задачей, проводят в основном с применением методов хроматографии. В зависимости от строения и специфики аналита применяют газовую (ГХ) и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), часто в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ/МС, ВЭЖХ/МС), а также тонкослойную хроматографию (ТСХ). В статье приведен обзор исследований в данной области за последние 10 лет. Наиболее распространенным методом исследования ПАВ является ВЭЖХ. Этот метод позволяет идентифицировать и определять нелетучие аналиты как с малой, так и с большой молекулярной массой, при этом в большинстве случаев нет необходимости в предварительной дериватизации. При использовании метода ГХ необходим перевод аналита в летучие соединения, что значительно усложняет этап пробоподготовки. Однако этот метод дает возможность получить полное разделение гомологов и изомеров многих ПАВ. В сочетании с МС возможно получение конкретных структурных фрагментов молекул ПАВ. Метод ТСХ в основном используют для групповой идентификации ПАВ. Рассмотренные исследования были направлены на разработку новых и модификацию существующих методик; поиск оптимальных условий хроматографирования, дериватизирующих агентов, разделительных колонок и т.д.

14-19 114
Аннотация

Представлена методика анализа новых коррозионно-стойких титановых сплавов, легированных рутением, методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС ИСП), включающая микроволновую подготовку пробы. Обоснованы состав кислотной смеси и температурно-временные параметры пробоподготовки титановых сплавов в условиях микроволнового нагрева в автоклаве, обеспечивающие количественное переведение пробы в удобную аналитическую форму без потерь летучих компонентов для последующего АЭС-ИСП анализа. Найдены оптимальные условия возбуждения аналитического сигнала, выбраны аналитические линии элементов, свободные от спектральных помех. Исследовали образцы опытных плавок промышленных титановых сплавов различных классов, объемно легированные рутением, которые находятся в стадии разработки и в РФ промышленно пока не выпускаются (марки сплавов ПТ-7М+Ru, ПТ-3В+Ru, 5В+Ru, 37+Ru, ВТ-22+Ru). Образцы сплавов содержали следующие легирующие элементы (% масс.): Al (1,8 – 6,3); V (1,0 – 5,5); Mo (0,7 – 5,5); Zr (0,2 – 3,0); Cr (0,5 – 1,5); Fe (0,5 – 1,5); Ru (0,05 – 0,15). Правильность определения легирующих элементов подтверждали путем анализа стандартных образцов методом варьирования навески, а в случае рутения — методом «введено – найдено». Разработанная методика позволяет существенно сократить продолжительность анализа за счет сочетания многоэлементного метода АЭС-ИСП с микроволновой пробоподготовкой, расширить перечень определяемых элементов в титановых сплавах и повысить прецизионность результатов анализа.

20-26 124
Аннотация

Методом хромато-масс-спектрометрии исследован примесный состав моносилана, полученного по реакции взаимодействия силицида магния с хлоридом аммония в среде жидкого аммиака. Для повышения надежности идентификации примесей наряду с чистыми образцами моносилана анализировали также его фракции, выделенные в процессе очистки методом низкотемпературной ректификации. Для разделения примесей постоянных газов, углеводородов C1 – C3, летучих неорганических гидридов, дисилана, алкилсиланов использовали капиллярную адсорбционную колонку GS-GasPro 60 м Ч 0,32 мм с модифицированным силикагелем, а для разделения примесей гомологов моносилана, силоксанов, алкилсиланов — колонку 25 м Ч 0,26 мм, df = 0,25 мкм с сорбентом политриметилсилилпропином (ПТМСП). Примеси идентифицировали путем сравнения их экспериментальных масс-спектров с данными базы NIST. В случае отсутствия масс-спектров определяемых веществ в базе данных или низкого совпадения их с библиотечными идентификацию проводили с использованием масс-спектров и времен удерживания, опубликованных в литературе. В моносилане идентифицированы примеси постоянных газов, диоксида углерода, углеводородов C1 – C3, летучих неорганических гидридов, гомологов моносилана, силоксанов, алкилсиланов. Примеси определяли в режиме мониторинга выделенных ионов по массовым числам, для которых соотношение сигнал/шум максимально. Концентрации примесей рассчитывали методом абсолютной градуировки по площадям пиков, а в случае отсутствия образцов сравнения определяли с использованием зависимости коэффициентов чувствительности детектирования этих примесей от полного сечения ионизации. Пределы обнаружения примесей составили 1 · 10–5 – 2 · 10–7 % мол. Правильность анализа подтверждали методом варьирования величины пробы. Приведены результаты определения примесей в моносилане после синтеза, в очищенном методом низкотемпературной ректификации и в выделенных фракциях со сконцентрированными выше- и нижекипящими примесями.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

27-31 118
Аннотация

Представлены результаты исследования сорбционных процессов в металлогидридных парах. Разработаны методика и лабораторная установка для экспериментального изучения кинетики и определения продолжительности взаимодействия с водородом гидридов, образующихся при насыщении двух интерметаллических соединений (ИМС) разного состава. Конструкция установки включает две стальные реторты, содержащие ИМС, способные к многоцикловому обратимому поглощению водорода с образованием соответствующих гидридов — высоко- и низкотемпературного. Система предусматривает измерение температуры циркулирующих или перемешиваемых теплоносителей, охлаждающих реторты в процессе сорбции и подогревающих их при десорбции, и давления в соединительной водородной магистрали. Изучена динамика давления водорода в магистрали и температуры теплоносителя с течением времени при одновременной работе двух гидридов сплавов — Mm1–yLayNi4Co и LaNi5–xAlx. Определена продолжительность десорбции водорода из первого материала с одновременной сорбцией его вторым. Для подтверждения полученных кинетических характеристик рассчитывали тепловой баланс, составленный для низкотемпературного модуля установки. Аналогичные расчеты проводили для высокотемпературного металлогидрида. Предложенная методика и результаты могут быть использованы при математическом моделировании сорбционных процессов в металлогидридной паре, а также для определения оптимальных конструктивных параметров, обеспечивающих эффективную работу сорбционных тепловых насосов.

32-35 104
Аннотация

Предложен способ измерения гистерезисных свойств аморфных микропроводов с помощью вибрационной магнитометрии при изменении внешних приложенных напряжений. В качестве исследуемых образцов использовали аморфные микропровода состава Fe75B13Si10C2 в стеклянной оболочке, полученные методом Улитовского – Тейлора. Образец фиксировали на специально изготовленной экспериментальной установке, позволяющей растягивать микропровод с помощью подвесных грузов. Микропровод в растянутом состоянии закрепляли с помощью клея. Приведены расчеты напряжений в металлической жиле образца, создаваемых при растяжении, и напряжений в области контакта микропровода и клея. Используя полученные результаты, провели оценку эффективности предлагаемого способа измерения. Установили, что при данном подходе наведенные напряжения в образце соответствуют приложенным при растяжении, наиболее оптимален цианакрилатный клей, прочностные характеристики которого достаточны для удержания напряжений заданного уровня.

36-40 76
Аннотация

Представлены результаты исследования цифровых изображений материалов, используемых в порошковых 3D-принтерах. Изображения полимерных образцов получены в проходящем свете с использованием оптического микроскопа, снабженного цифровой окулярной камерой. Морфологический анализ выполняли с использованием программы ImageJ 1.45s. Статистический и корреляционный анализы первичного и вторичного порошков для послойного лазерного спекания на основе полиамида-12 проводили с помощью пакета Statistica 10. Установили, что агломерация крупных частиц (вторичный порошок) приводит к нарушению фракционного состава и теплообмена при лазерном спекании при печати. Изменение фракционного состава может менять условия теплообмена в зоне фокуса лазера и оказывать большое влияние на качество производимой продукции. Полученные данные по площади проекции частиц, их периметра и диаметра Ферета подчиняются нормальному закону распределения. В качестве аналитического сигнала и характеристики пригодности рабочей смеси использовали площадь проекции зерен порошка и значение критерия Пирсона больше минимального, соответствующего деградации смеси порошков с неприемлемой вероятностью производственного брака. Корреляционный анализ может применяться как экспресс-метод контроля качества смеси порошков для печати.

41-44 67
Аннотация

Представлены результаты применения видеоизмерительных машин для обнаружения и измерения дефектов типа микротрещин в материалах (полимерах, кварцевых и органических стеклах) авиационного назначения, характеризующихся низкой отражательной способностью. Обнаружение микротрещин в таких материалах затруднено, но необходимо, так как наличие дефектов может послужить причиной аварии воздушного судна. Установлены пороговые (критические) значения дефектов, которые могут быть выявлены с помощью видеоизмерительных машин (например, минимальные длины обнаруживаемых трещин) и использованы в качестве параметра для бракования изделий. При проведении исследований использовали методику провоцирования дефектов на образцах материалов методом индентирования. Дефекты анализировали традиционными (ультразвук и др.) и вновь предложенными способами, эффективность которых повышали такими приемами, как контрастирование и др.

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

45-54 110
Аннотация

Исследованы причины разрушения крепежных изделий из стали 30ХГСА. Установлено, что в случае разрушения болтов в пакете, соединяющем элементы шпангоута, повреждение болтов является следствием фреттинг-коррозии вследствие взаимного трения болтов и элементов обшивки, пояса и ленты. Фреттинг-коррозия развивается в местах повреждения кадмиевого покрытия болтов в процессе трения. Возникновению разрушения в поясе, обшивке и ленте способствует приработка поверхности отверстий, наличие на ней коррозионных повреждений (фреттинг-коррозия), от которых развивается межзеренное разрушение, наибольшее в обшивке и ленте. Причина разрушения — конструктивно-технологические факторы: наличие повышенных напряжений в исследуемом пакете, микроперемещения сопрягаемых деталей, нарушение кадмиевого покрытия, недостаточная противокоррозионная защита и воздействие внешней среды. Разрушение самоконтрящихся гаек из стали 30ХГСА с антикоррозионным кадмиевым покрытием, использованных при сборке вспомогательного газотурбинного двигателя, вызвано их значительным перегревом — воздействием расплавленного покрытия на поверхность нагруженных гаек и проникновением жидкого металла в основной материал по границам зерен. Применение кадмиевого покрытия для работы стальных деталей при температуре, превышающей (даже кратковременно) температуру плавления Cd (Tпл = = 320,9 °C), в условиях контакта с напряженным металлом вследствие эффекта Ребиндера приводит к резкой потере прочности и преждевременному разрушению детали. Исследовали разрушение оцинкованных болтов из стали 30ХГСА в процессе проведения повторно-статических испытаний. Установлено, что зарождению усталостного многоочагового разрушения способствовало несколько факторов: наличие грубых рисок; пескоструйная обработка, проводимая перед цинкованием с применением крупных фракций песка, вмятины от которых способствовали преждевременному зарождению трещин; участки с наплывами, полученными при нанесении покрытия, с неплотным соединением слоя. Наличие в одном из болтов наряду с усталостными бороздками большого количества ямок свидетельствует о работе материала при высокой нагрузке. Исследования проводили методом оптической и растровой электронной микроскопии с применением рентгеноспектрального микроанализа.

55-59 80
Аннотация

В рамках научно-исследовательских работ по обеспечению прочности и безопасности токопроводов с литой изоляцией проведены экспериментальные исследования физико-механических свойств материала литой изоляции «заводского и «монтажного» типов. Изоляция «заводского» типа применяется при производстве секций трассы токопровода, а «монтажного» типа — для изоляции стыков секций при проведении монтажа трассы. Проведенный анализ эксплуатационных факторов позволил обосновать физические и механические свойства материала литой изоляции, наиболее влияющие на прочность токопровода. Исследования включали определение упругих характеристик и предела прочности методом статических механических испытаний плоских образцов на растяжение и трехточечный изгиб. Испытания проводили при пониженной, нулевой и повышенной температурах в соответствии с режимами эксплуатации токопровода. На образцах в виде стержней определяли значения коэффициента линейного теплового расширения материала для двух температурных диапазонов. Методом обмера и взвешивания находили значения плотности. Эксперименты проводили по методикам, представленным в государственных стандартах. По результатам экспериментов установлено влияние температуры на модуль упругости и предел прочности материала изоляции при изгибе. При этом предел прочности изоляции монтажного типа на 7 – 30 % выше, чем изоляции заводского типа. Это объясняется более мелкой и однородной структурой монтажной изоляции. В целом механические свойства, определенные в результате экспериментов, оказались значительно ниже декларируемых производителем токопровода. Это может приводить к переоценке прочности литой изоляции при контроле безопасности токопроводов с учетом декларируемых значений механических свойств. Полученные результаты предложено учитывать при проведении расчетов напряженно-деформированного состояния токопроводов с литой изоляцией при различных температурах эксплуатации.

60-62 68
Аннотация

Цель работы — математическое обобщение формулы С. Я. Яремы, предложенной для аппроксимации экспериментальной диаграммы усталостного разрушения, и исследование ее дополнительных возможностей. Анализ выполнен на основе оператора для плавного перехода от одной математической функции к другой. Показано, что формула С. Я. Яремы является частным случаем этого математического оператора, когда гладкий дифференцируемый переход осуществляется с одного постоянного уровня размаха коэффициента интенсивности напряжений на другой постоянный уровень. Получены математические выражения, которые можно интерпретировать как интегральную вероятность и плотность вероятности случайного значения скорости усталостной трещины. Они позволили дать статистическую трактовку диаграммы усталостного разрушения. На этой основе предложена методика оценки остаточного ресурса детали конструкции, в которой обнаружена усталостная трещина.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

63-73 144
Аннотация

Научные результаты работ необходимо упорядочивать. Важное значение имеют единообразное понимание терминов, знание фактов и тенденций развития. Статья посвящена обсуждению этих вопросов на примере «модели регрессионного анализа (восстановления зависимостей)» в целях формирования единой методологической базы для обсуждения различных частных вопросов в этой области. Рассмотрены четыре метода восстановления зависимости. Выделены модели метода наименьших квадратов с детерминированной независимой переменной. Согласно новой парадигме прикладной статистики следует считать распределение отклонений (погрешностей, невязок) произвольным, с одним ограничением — для получения предельных распределений оценок параметров и зависимости целесообразно предположить выполнение условий центральной предельной теоремы. Другой основной тип вероятностно-статистических моделей метода наименьших квадратов основан на выборке случайных векторов. Зависимость является непараметрической и распределение двумерного вектора — произвольным. Об оценке дисперсии независимой переменной можно говорить только в модели на основе выборки случайных векторов, о коэффициенте детерминации как критерии качества модели — только в случае выборки случайных векторов. Исследованы вопросы сглаживания временных рядов. Рассмотрены методы восстановления зависимостей в пространствах общей природы. Показано, что предельное распределение естественной оценки размерности модели является геометрическим, а построение информативного подмножества признаков наталкивается на эффект «вздувания коэффициентов корреляции». Обсуждаются различные подходы к регрессионному анализу интервальных данных, констатируется уход в прошлое подхода так называемого конфлюэнтного анализа. Многообразие моделей регрессионного анализа приводит к выводу, что не существует единой «стандартной модели». Критический разбор устоявшихся взглядов необходим для квалифицированного развития и применения математических методов исследования, в частности, для перехода на современную парадигму прикладной статистики.

74-80 80
Аннотация

Рассмотрены критерии для проведения экспертных оценок на этапе анализа выбросов в процедуре расчета базисов прочностных характеристик полимерных композиционных материалов (ПКМ). Вычисленные на основе статистики величины A- и B-базиса являются нижними границами 95 %-го доверительного интервала первого и десятого процентилей распределения характеристики соответственно. В базисах отражены не только взаимосвязи средних значений и величин разброса, но и параметры выборки, на основе которой они были рассчитаны, такие как размер выборки, вид аппроксимирующего распределения, степень однородности данных. На этапах проверки гипотез в оригинальном алгоритме расчета базисов, кроме статистических тестов, предусмотрено проведение экспертной оценки, а также предложен ряд критериев для каждого из этапов. Показана целесообразность применения дополнительных критериев, способствующих принятию обоснованных решений, позволяющих повысить надежность конструкций из ПКМ. Подробно рассмотрен пример использования процедуры принятия решений при анализе выбросов для результатов испытаний образцов углепластика на прочность межслоевого сдвига, полученных при входном контроле препрега HexPly, где максимальное значение прочности одного из пяти образцов одной из семи партий препрега оказалось статистическим выбросом для объединенной совокупности данных. Приведены рекомендации по экспертному оцениванию трех основных и четырех дополнительных критериев. Наряду с исследованием однородности данных и вида аппроксимирующего распределения процедура анализа выбросов успешно используется на этапе разведочного анализа данных, а также при контроле качества процесса изготовления и испытания материалов.



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