Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 85, № 8 (2019)
Скачать выпуск PDF

К 10-ЛЕТИЮ «НИИ ТРАНСНЕФТЬ»

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

8-15 49
Аннотация

Для успешного функционирования экспертных систем, предназначенных для установления молекулярной структуры органических соединений по спектральным характеристикам, критически важным является наличие насколько возможно более полной исходной аналитической информации. Для получения такой информации желательно, а порой и необходимо использование данных различных аналитических методов. В настоящей работе продемонстрирована возможность получения новой информации об исследуемом соединении методом масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата электронов с использованием серийного квадрупольного масс-спектрометра. Так, на примере нескольких фосфорсодержащих органических соединений наглядно показана возможность регистрации пиков, принадлежащих депротонированным молекулам, что очень важно для установления молекулярной массы и, соответственно, правильной идентификации вещества. В работе показаны успешные примеры получения информации о наличии в структуре соединений фрагментов с положительным сродством к электрону. Полученные методом масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата электронов данные существенно отличаются от данных «классического» метода масс-спектрометрии электронной ионизации положительных ионов и являются дополнительной информацией о структуре соединений, которая может быть успешно использована в дополнение к результатам «классического» метода при проведении структурно-группового анализа. Описаны результаты экспериментов по регистрации масс-спектров отрицательных ионов, которые были получены с помощью устройства расширенного питания катода путем многократного изменения энергии ионизирующих электронов во время проведения анализа, что позволяет получать более качественный масс-спектр. Дополнительным преимуществом подхода, предложенного авторами, является возможность реализации обоих аналитических методов с использованием одного прибора.

16-28 34
Аннотация

Обнаружено принципиально разное поведение оксидов — BaBiO3 и сверхпроводящих KnBamBim+nOy (n = 1, 2, 3; m = 1, 3, 4, 5) — и пероксида BaO2 в реакциях гидролиза и кислотного растворения. С помощью химических тестов и потенциометрии пероксид-ионы не обнаружены в BaBiO3 и KnBamBim+nOy, а также в продуктах, полученных при обработке оксидов водой, щелочью и кислотами, что с высокой вероятностью свидетельствует об отсутствии необычных валентных форм (НВФ) кислорода в виде пероксид- и супероксид-ионов в структуре исследованных оксидов. Методом потенциометрического титрования показано отсутствие в сверхпроводящих оксидах KnBamBim+nOy как НВФ кислорода, так и висмута в степени окисления < +3. Найден ряд реагентов — соли Mn (II), Cr (III), Cu (II), Ce (III), основание Арнольда, метиловый красный, хромазурол S, арсеназо III, индиго- кармин и торон, позволяющих идентифицировать Bi (V) в BaBiO3 и KnBamBim+nOy. Экспериментально наблюдаемое поведение оксидов в химических реакциях по отношению к реагентам-восстановителям обусловлено наличием в их структуре Bi (V), являющегося более сильным окислителем, чем пероксидный дикислород.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

29-36 27
Аннотация

Представлены результаты облучения металлического (никелевый сплав Инконель 718) и полупроводникового (монокристалл кремния) материалов импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы с помощью установки типа плазменный фокус (ПФ) «Вихрь». Исследована повреждаемость материалов и оценена их радиационно-термическая стойкость при воздействии импульсных потоков ионов рабочего газа и высокотемпературной плазмы в широком интервале значений плотности мощности излучения (длительность импульса — 10-8 - 10-6 с). Показано, что для обоих исследуемых материалов при «мягком» режиме облучения (q = 106 - 107 Вт/см2), не приводящем к полному оплавлению поверхности, процесс распыления наблюдается преимущественно на тех участках, которые содержат механические дефекты. Вместе с тем зафиксированы локальные участки оплавления поверхностных слоев, что связано с неоднородным распределением плотности частиц по сечению радиационного потока, падающего на образец-мишень. На поверхности материалов обнаружена тонкая пленка: в монокристалле кремния — оксид SiO2, в сплаве Инконель 718 — результат взаимодействия компонентов сплава с остаточными газами в камере ПФ и химическими элементами, ранее осажденными на его поверхность. Установлено, что облучение монокристалла кремния в более «жестком» режиме (q = 108 - 109 Вт/см2) и с большим числом импульсных воздействий приводит к плавлению и частичному испарению поверхностного слоя с образованием на нем после кристаллизации расплава волнообразного рельефа и микроструктурных дефектов типа наплывов, кратеров, пузырей и микротрещин. При этом затвердевший поверхностный слой становится очень хрупким, легко отделяется от неплавившейся кремниевой основы и распадается на мелкие (порошкообразные) частицы. После пучково-плазменной обработки в поверхностном слое присутствуют элементы, входящие в состав конструкционных и функциональных материалов, размещенных в камере ПФ. При каждом импульсном разряде они осаждаются на облучаемую поверхность монокристалла. Таким образом, применение установки ПФ «Вихрь» перспективно для моделирования экстремальных условий воздействия ионизирующих излучений на материал, реализуемых в термоядерных установках с магнитным и инерциальным удержанием плазмы, а также для создания более «мягких» режимов облучения, характерных для радиационных потоков космической среды.

37-42 35
Аннотация

Представлены результаты исследований качественного и количественного фазового состава порошковых и твердых керамических поликристаллических образцов системы a-WC/W2C. Испытания проводили на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-7000 (CuKa, λ = 1,54 Å). Порошковые образцы (нанопорошки) получены методом плазмохимического синтеза из оксида вольфрама и углеводорода. Высокоплотная мелкозернистая структура в керамике сформирована методом электроимпульсного плазменного спекания исходных промышленных микрокристаллических порошков a-WC (AlfaAesar). Приведены оптимальные режимы рентгеновской съемки образцов керамик на основе карбида вольфрама. В связи с отсутствием эталонов исходных кристаллических фаз (WC и W2C) количественный фазовый анализ проводили на основе метода корундовых чисел (вместо метода калибровочной кривой). При этом необходимые количественные соотношения рассчитывали с помощью структурных параметров корунда а-Аl20з и фаз a-WC, W2C. На основе результатов определения повторяемости значений интенсивностей выбирали оптимальные время экспозиции и ширину приемной щели детектора дифрагированных рентгеновских лучей. Исследование влияния качества подготовки образцов на чувствительность качественного рентгеновского фазового анализа показало целесообразность шлифования поверхности твердых керамических образцов и предварительного полирования их алмазной пастой (размер зерна не менее 5/3 мкм). Проведена оценка точности количественного фазового анализа для исследуемых порошковых и спеченных керамических образцов. Послойный фазовый анализ керамической заготовки выявил в поверхностном слое наличие преимущественной ориентации кристаллитов (текстуры) и отсутствие примесной фазы W2C. Оценена чувствительность метода рентгеновского фазового анализа к содержанию фазы a-W2C в нанопорошках монокарбида вольфрама.

43-46 18
Аннотация

Разработаны методика и установка для определения электродных потенциалов на локальных участках поверхностей металлов и сварных соединений. Особенность методики и конструкции установки — подвод электролита к металлической поверхности за счет капиллярного эффекта фитиля из волоконного материала (электрод сравнения — проволока из золота). Сочетание капиллярного подвода электролита с электродом малого диаметра позволяет измерять электродные потенциалы на малых (вплоть до структурных составляющих) площадях. При этом значения потенциалов фиксируются локально и в непрерывном временном режиме. Для наблюдения за расположением электрода и измерением электродных потенциалов установка снабжена видеокамерой, что дает возможность рассматривать изображение на мониторе в увеличенном масштабе. С помощью предлагаемых методики и установки электродные потенциалы можно определять на поверхностях металлических материалов, обладающих электрохимической неоднородностью, а также решать производственные и научные задачи: оценивать коррозионную стойкость материалов и электрохимическую неоднородность структурных составляющих, прогнозировать сроки службы металлических конструкций, моделировать технологии сварки и пайки сталей с металлическими антикоррозионными покрытиями, определять коррозионные свойства изделий, бывших в эксплуатации, для прогнозирования остаточного ресурса и др.

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

47-52 23
Аннотация

Сопоставлены два подхода к определению напряженно-деформированных состояний (НДС) и расчету на прочность тонкой пластины с концентратором в виде кругового отверстия, подвергаемой статическим и циклическим нагружениям, — путем решения упругой задачи (задача Кирша) и применения разработанных в ИМАШ деформационных критериев деформирования и разрушения. При новом подходе впервые варьировали характеристики основных механических свойств, величины номинальных напряжений и поля деформаций в зонах концентрации напряжений (всего четыре расчетных случая). Исследования показали, что в точках поперечного сечения вблизи концентратора уже при исходном нагружении возникают упругопластические напряжения и деформации, которые значительно отличаются от получаемых в результате решения упругой задачи. Результаты анализа НДС и расчета на прочность тонкой пластины с круговым отверстием, определенные по деформационным критериям, существенно отличались от полученных традиционным упругим решением. Это относится к исходному нагружению не только в зоне максимальной концентрации (на контуре отверстия), но и к другим точкам опасного сечения при циклическом нагружении. По приведенной методике можно рассчитывать поцикловую кинетику напряжений и деформаций в зонах концентрации (по заданному сечению пластины), а также проводить уточненные расчеты на циклическую долговечность с учетом рассеяния основных механических свойств материала конструкции.

53-58 88
Аннотация

Представлены результаты оценки поврежденности и ресурса элементов сварных металлоконструкций из стали 09Г2С при эксплуатации в экстремальных условиях Арктики и Субарктики. Механизм накопления повреждений в стали, претерпевающей низкотемпературный вязкохрупкий переход, оценивали по результатам измерения ударной вязкости образцов с V-образным надрезом в соответствующем интервале температур. На основе анализа экспериментальных данных установлено, что с понижением температуры в наибольшей степени теряет пластичность зона термического влияния, в которой локализуются напряжения и происходит ускоренное развитие трещин и микродефектов. В результате ресурс стальной конструкции снижается. На основе теории накопления повреждений Качанова - Работнова предложена методика оценки интегральной поврежденности материала сварной конструкции из стали, подверженной вязкохрупкому переходу, в зависимости от наработки в определенных климатических условиях. Сравнение численных оценок накопленных поврежденностей в материале конструкций, эксплуатирующихся в экстремальных условиях Республики Саха (Якутия) и в условиях умеренного климата Красноярского края Российской Федерации, позволяет сделать вывод, что наработка на отказ в существенной степени определяется климатическими условиями. Разработанная методика оценки накопления повреждений и прогнозирования ресурса элементов металлоконструкций в диапазоне температур вязкохрупкого перехода позволит уменьшить объем необходимых испытаний без потери достоверности информации. Кроме того, с ее помощью можно диагностировать опасные производственные объекты, доступ к которым ограничен.

59-66 36
Аннотация

В нефтегазовой промышленности часто возникают аварийные ситуации, обусловленные разрушением трубопроводов в результате наводороживания и коррозии. Коррозионный процесс и наводороживание металла приводят к тому, что при некотором критическом соотношении толщины металла и его прочности в результате внутреннего давления транспортируемого по газопроводу газа в стенке трубы образуются сквозные отверстия. Несмотря на широкие исследования, многие вопросы, связанные с этой проблемой, требуют дальнейших исследований. Это касается, в частности, вопросов кинетики хрупкого разрушения металла стенок трубопровода и роли диффузионно-подвижного (активного) и молизованного (связанного) водорода в этом процессе. Путем электрохимического насыщения водородом цилиндрических образцов из стали установлено совпадение зоны проникновения электролитического водорода и области зарождения трещины отрыва. Другими словами, зону приповерхностного распределения водорода можно считать локальной областью реализации микроскола при испытании на сопротивление отрыву. Это позволяет исследовать кинетику и концентрационные зависимости хрупкого разрушения стали под влиянием как диффузионно-подвижного, так и молизованного водорода, т.е. в условиях обратимой и необратимой водородной хрупкости. С помощью установленного размерного эффекта проникновения электрохимически внедренного водорода в цилиндрические стальные образцы разного диаметра изучена водородная хрупкость стали при контроле локальной концентрации водорода в приповерхностном слое. В результате проведенных кинетических исследований впервые получены зависимости сопротивления отрыву (микросколу) от концентрации диффузионно-подвижного и молизованного водорода в зоне микроскола. На основе электронно-фрактографического исследования изломов образцов стали 18ХГМФ показано, что в соответствии со стадийностью развития хрупкости изменяется и морфология излома. Исходное вязкое разрушение сменяется типично хрупким отрывом при обратимой хрупкости. В дальнейшем, по мере развития необратимой хрупкости, наблюдается смешанное разрушение. Полученная трехстадийная зависимость изменения сопротивления отрыву с учетом состояний водорода подтверждает различную физическую природу процессов на различных стадиях водородной хрупкости и объясняет известное разделение водородной хрупкости на обратимую и необратимую влиянием диффузионно-подвижного и связанного водорода соответственно.

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ. АККРЕДИТАЦИЯ ЛАБОРАТОРИЙ

70-78 301
Аннотация

В ноябре 2017 г. вышла новая версия ISO/IEC 17025:2017, а в 2019 г. на базе этого документа скоро появится новая редакция ГОСТ ИСO/МЭК 17025. В новом документе усилен акцент на организационную деятельность испытательной лаборатории (ИЛ) по обеспечению качества, включая применение процессного подхода и менеджмента рисков, которые можно отнести к основным инструментам системы менеджмента качества (СМК) ИЛ. Цель статьи — помочь ИЛ обеспечить плавный переход от выполнения требований действующего стандарта ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 к его новой версии на основе применения процессного подхода и риск-ориентированного мышления, причем основное внимание уделено реализации требований по управлению рисками. В статье рассмотрены этапы и цели процесса управления рисками, приведены варианты системного подхода по управлению рисками в ИЛ с учетом начальной и последующих стадий совершенствования этого процесса. Предложены конкретные рекомендации по внедрению менеджмента рисков в ИЛ с описанием процесса управления рисками в лаборатории в рамках жизненного цикла ее продукции или основного бизнес-процесса. Приведены примеры оценки рисков в ИЛ с использованием эффективных инструментов: «мозгового штурма» и «матрицы последствий и вероятностей». Показаны направления совершенствования менеджмента рисков с переходом к более детальной оценке и управлению рисками уже в рамках деятельности лаборатории. Намечены пути дальнейшего совершенствования СМК ИЛ в части постановки целей и задач с учетом оценки и управления рисками не только в рамках внутреннего контекста самой лаборатории и организации, в состав которой она входит, но и с учетом внешнего контекста — воздействия внешней среды.

ЮБИЛЕЙ



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