Цель. Изучение вопросов, связанных с решением проблемы повышения износостойкости деталей дифференциала, имеющих цилиндрические поверхности трения, в частности пары трения «сателлит – ось сателлита».

Методы. Технология имплантирования комбинированной электромеханической обработкой реализовывалась на специальной установке, представляющей собой технологический комплекс, состоящий: из универсального станка (применяемого для механической обработки заготовок) с соответствующими инструментами и приспособлениями для закрепления обрабатываемой детали и подвода электрического тока большой силы и малого напряжения; силового блока для преобразования промышленного электрического тока; блока управления режимами обработки; средств коммутации и подвода смазывающе-охлаждающей технологической среды; блока сопряжения с ПЭВМ. В процессе имплантирования частицы карбида вольфрама внедрялись в формируемый поверхностный слой, армируя его. Затем на этой же поверхности проводилась электромеханическая обработка на упрочняющих режимах.

Результаты. Экспериментально установлено, что эксплуатационные показатели деталей с цилиндрическими поверхностями трения, в частности износостойкость, во многом определяются параметрами качества их поверхностных слоев (отклонения формы, волнистость, шероховатость, физико-механические свойства), которые формируются в процессе производства. Пара трения «сателлит – ось сателлита» дифференциала переднего моста специального колесного шасси грузового автомобиля, имеет недостаточную износостойкость. Для ее повышения применялась комбинированная электромеханическая обработка.

Результаты испытаний показали, что при реализации технологии данной технологии интенсивность изнашивания пары трения «сателлит – ось сателлита» уменьшается в 2,07 раза по сравнению с заводским вариантом. Имеется акт проведения заводских испытаний. Оценка относительного увеличения ресурса пары трения «сателлит – ось сателлита» показала, что при обработке по заводской технологии относительный ресурс сопряжения примерно в 2 раза меньше, чем при реализации предложенной технологии.

Заключение. Таким образом, поставленная цель достигнута. Результаты работы могут найти практическое применение при организации ресурсосберегающих и импортозамещающих технологий.

Цель. Оптимизации технологии спекания шихты, полученной методом электроэрозионного диспергирования отходов безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) в углеродсодержащей рабочей среде.

Методы. В качестве исходного материала для исследований были выбраны отходы безвольфрамового твердого сплава. Процесс диспергирования проводили в углеродсодержащей рабочей жидкости – метаноле. Для осуществления электроэрозионного диспергирования использовалась установка, конструкция которой защищена патентом Российской Федерации №2449859.

Консолидация полученных электроэрозионных частиц осуществлялась на оборудовании для искрового плазменного сплавления Spark Plasma Sintering system Model 25-10 (SPS 25-10) производства Thermal Technology.

Оптимизация параметров консолидации нового сплава (температура, давление, время выдержки) проводилась по критерию микротвердости спеченных образцов с применением методики полного факторного эксперимента типа 2³.

Результаты. Экспериментально установлено, что среднее значение микротвердости спеченных образцов, полученных методом искрового плазменного спекания из электроэрозионных частиц, диспергированных в дистиллированной воде, составляет 1415 HV.

Заключение. Методом полного факторного эксперимента типа 2³ проведена оптимизация параметров процесса синтеза безвольфрамового твердого сплава методом искрового плазменного спекания по критерию микротвердости готовых образцов. Варьируемыми факторами выступали ключевые параметры работы установки SPS: температура, давление и время выдержки. Оптимизация проводилась для материала, полученного путем электроэрозионного диспергирования отходов БВТС в углеродсодержащей среде (метаноле).

По результатам серии экспериментов определены оптимальные режимы спекания, обеспечивающие достижение максимальных значений микротвердости. Для композита на основе частиц, полученных в метиловом спирте, максимальная микротвердость составила 1427 HV, что на 17% превышает показатель исходного промышленно применяемого сплава. Данный результат был достигнут при температуре спекания 1200 °C, давлении 40 МПа и времени выдержки 5 минут.

Цель. Настоящая работа посвящена сравнительному исследованию химического состава двух материалов: металлоотходов, полученных из свёрл, и электроэрозионного порошка, синтезированного путём электроэрозионного диспергирования этих отходов.

Методы. В ходе экспериментального исследования для анализа химического состава применялись металлоотходы от свёрл неопределённой марки. Элементный состав и массовые доли компонентов в сплаве определяли с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра Niton Goldd (США). Методика анализа заключалась в следующем: на образец направляли рентгеновское излучение, регистрировали спектр отражённой волны, анализировали характеристики вторичного флуоресцентного излучения. 

При взаимодействии рентгеновского излучения с веществом возникали электромагнитные волны, генерирующие вторичное рентгеновское излучение. Это излучение формирует характеристические линии, уникальные для атомов каждого элемента. По наличию этих линий устанавливали элементный состав образца, а по их интенсивности — количественное содержание соответствующих элементов.

Результаты. Использование портативного спектрометра Niton Goldd позволило установить, что металлоотходы из свёрл принадлежат к сплаву марки Р6М5К5. Полученные результаты дали возможность однозначно идентифицировать исследуемые отходы, предназначенные для переработки методом электроэрозионного диспергирования в сферические порошки. Такие порошки могут быть использованы в аддитивном производстве.

Сравнительный анализ массовых долей химических элементов в и полученном электроэрозионном порошке выявил небольшие изменения: увеличение содержания железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni) и олова (Sn), а также произошло снижение концентрации вольфрама (W), молибдена (Mo), хрома (Cr) и ванадия (V).

Заключение. Переработка металлоотходов, включая отходы из быстрорежущих сталей, имеет важное значение для: рационального использования ресурсов, снижения зависимости от импорта, укрепления технологического суверенитета Российской Федерации

Цель. Определение и изучение состава, структуры и свойств порошкового кобальтового материала, полученного в результате электроэрозионного диспергирования металлических отходов кобальта марки К1Ау в рабочей среде авиационного керосина марки ТС-1.

Методы. С целью проведения исследований, направленных на определение состава, структуры и свойств кобальтовой шихты были получены образцы металлического порошкообразного кобальта методом электроэрозионного диспергирования из металлоотходов кобальта марки К1Ау в углеродсодержащей рабочей жидкости. Микроструктуру частиц порошка исследовали посредством растровой электронной микроскопии, а оценка гранулометрического состава шихты выполнялась с использованием анализатора размеров частиц. Элементный состав определялся методом энергодисперсионного рентгеновского анализа, реализованного на базе растрового электронного микроскопа. Фазовый состав шихты определялся дифрактометром методом рентгеновской дифракции.

Результаты. Установлено, что полученный мелкодисперсный кобальтовый порошок состоит из частиц правильной сферической, эллиптической формы и агломератов. В составе кобальтового порошка отсутствует избыточный углерод. Фазовый состав определен наличием только фазы чистого кобальта без образования соединений с углеродом. Из анализа гранулометрической гистограммы следует, что разброс частиц по размерам варьируется в интервале 0,9…63,77 мкм, средний объемный диаметр частиц составил – 12,06 мкм.

Заключение. Полученные результаты исследований могут быть использованы для разработки нового твердого сплава с использованием металлоотходов дорогостоящего сырья кобальта методом электроэрозионного диспергирования с последующим совершенствованием и оптимизацией состава и структуры сплава.

Целью данной работы являлось проведение рентгенофлуоресцентного анализа элементного состава отобранного металлоотхода и определения маркировки сплава, преимущественно состоящего их титана, планируемого к переработке методом электроэрозионного диспергирования для получения порошка, применимого в аддитивных технологиях.

Методы. Для установления элементного состава титансодержащего сплава неизвестной марки был отобран образец в виде металлической пластины длиной 530 мм, шириной 144 мм и толщиной 4 мм. Анализ выполнялся с использованием портативного рентгенофлуоресцентного спектрометра Niton XL3t. Перед измерениями поверхность образца была очищена, а каждая точка анализировалась не менее трёх раз для повышения достоверности. Метод рентгенофлоуресцентного анализа обеспечивает оперативное и неразрушающее определение элементного состава сложных материалов без применения эталонных образцов, позволяя проводить локальный точечный анализ с высокой точностью и скоростью (до 10 секунд), что особенно важно при исследовании потенциально неоднородных объектов.

Конструктивные особенности прибора Niton XL3t обеспечивают возможность проведения локализованного точечного анализа поверхности исследуемых объектов, что имеет принципиальное значение при работе с материалами, потенциально характеризующимися структурной или химической неоднородностью. Для определения соответствия фактического химического состава нормативным требованиям, указанным в марочнике сталей и ГОСТ 19807–91, проведено сопоставление экспериментально определённых концентраций элементов с теоретическим составом сплава.

Результаты. Проведённый рентгенофлуоресцентный анализ элементного состава титансодержащих металлоотходов с использованием портативного спектрометра Niton XL3t позволил достоверно установить, что исследуемый образец соответствует марке сплава ВТ1-2.

Заключение. Полученные результаты формируют научно-методическую основу для последующих исследований по переработке данных металлоотходов методом электроэрозионного диспергирования с целью получения сферических порошков, применимых в аддитивных технологиях.

Цель исследования. Наноструктурирование в магнетронных наноплёнках нитрида тантала при высокочастотном магнетронном распылении.
Методы. Высокочастотное магнетронное распыление на кремниевую подложку осуществлялось в зависимости от изменения управляющего параметра времени t = 1800 – 3600 c. Использовалась мишень из тантала, распыляемая при фиксированных T = 140°C, P = 300 Вт, давлении Ar 1,0 Па. Поверхности подложек подвергались ионной чистке в течение 120 с током 60 мА. Рост толщины пленок достигался изменением управляющего параметра времени t. Наноразмерная характеризация полученных нанопленок нитрида тантала проводилась с помощью методов атомно-силовой микроскопии, цифровой голографической микроскопии и рентгенофазового анализа. По результатам статистической обработки АСМ-изображений выполнялся анализ автокорреляционных функций и изменений фрактальных размерностей, определенных по методу кубов.
Результаты. Прецизионно методом ступеньки на АСМ и ЦГМ изображениях измерены толщины и рассчитаны скорости роста нанопленок, доказано их линейное увеличение в зависимости от времени t. По данным РФА установлено формирование гексагональной hex-Ta2N фазы в тонких слоях и переход к доминированию кубической fcc-TaN с ростом толщины. Наблюдались эволюционные процессы морфологии поверхности с переходом от изотропной мелкозернистой структуры к выраженной столбчатой, что подтверждено снижением фрактальной размерности и увеличением длин автокорреляционной функции.
Заключение. В магнетронных нанопленках из нитрида тантала, осажденных высокочастотным методом, обнаружен фазовый переход от гексагональной фазы hex-Ta2N в тонких слоях к кубической фазе fcc-TaN, начиная с критической толщины. Снижение фрактальной размерности и увеличение длин автокорреляционной функции указывали на эволюцию морфологии поверхности от изотропно мелкозернистой к выраженно столбчатой.

Цель исследования. Рост скоростей обработки информации и плотность ее записи являются особо востребованными. В этих целях приоритеты отданы энергонезависимым магнитным материалам без ограничения сроков сохранения на основе фиксированной ориентации магнитных моментов в ячейках памяти. Быстродействие систем и элементов в них зависимо от скорости переключения моментов, особенно обусловленной движением доменных границ. Скорость движения доменных границ в слабых ферромагнетиках, к примеру, ортоферрите иттрия в несколько раз превышает как поперечные, так и продольные звуковые. Очевидно, что изучение взаимного влияния магнитной и акустических подсистем в условиях перехода доменных границ через звуковые барьеры важно для повышения эффективности работы таких устройств. Целью настоящей работы является определение прямого вклада магнитных волновых колебаний намагниченности в движении доменной границы в генерацию продольных акустических волн и их обратного влияния на процессы перемагничивания в ортоферрите иттрия.

Методы. Объектом исследования в работе является решение системы динамических уравнений, описывающих взаимодействие магнитной и акустических подсистем, возбуждаемых движущейся доменной границей в ортоферрите иттрия. Уравнения решаются методами: теории возмущений, медленно меняющихся амплитуд и Лагранжа.

Результаты. Впервые получено явное решение смещения продольной акустической волны, генерируемой магнитной подсистемой, сопровождающей движущуюся доменную границу в ортоферрите иттрия с учетом обратного влияния акустической волны. С использованием известных значений параметров, входящих в систему динамических уравнений, описывающих взаимодействия при движении доменной границы в ортоферрите иттрия продольной акустической волны и магнитной подсистемы выполнены численные расчеты на основании полученного решения. Показано, что максимальный вклад на движущуюся доменную границу в ортоферрите иттрия из-за обратного влияния продольной акустические волны достигает порядка  м вдали от волновой скорости и увеличивается в 10⁴ раз (до порядка  м) при скорости доменной границы близкой к волновой скорости, т.е. становится сопоставимым с ее теоретической толщиной по Ландау ≈ 10^-8 м.

Заключение. Получено явное решение учитывающее взаимное влияние на механизмы взаимодействия магнитной и акустических подсистем квазичастичных возбуждений, сопровождающих околозвуковые движения доменной границы в ортоферрите иттрия, позволяющее учесть современные требованиям к запоминающим и логическим устройствам по качеству и скорости обработки информации. Получены практически значимые оценки вкладов таких взаимодействий для совершенствования элементной базы таких устройств.

Цель. Разработка математической модели, адекватно описывающей нестационарный процесс захолаживания длинных криогенных магистралей жидким водородом и позволяющей определять оптимальные режимные параметры, обеспечивающие минимальный расход хладагента при подготовке к огневым испытаниям жидкостных ракетных двигателей.

Методы. В качестве объекта моделирования использовался трубопровод в экранно-вакуумной изоляции, выполненный из стали 12Х18Н10Т, общей протяженностью 272,5 м, с диаметром проходного сечения 96 мм и толщиной стенки 2 мм. Суммарная масса запорного оборудования, размещенного на магистрали, составляет 246 кг. В трубопровод под избыточным давлением 0,2 МПа подается жидкий переохлажденный водород, имеющий температуру на входе 19 К. Температура окружающей среды составляет 293 К. При разработке модели поток кипящего водорода рассматривался как однофазный, у которого плотность в каждом сечении является функцией массового содержания и плотности каждой из фаз. Также были приняты некоторые допущения, в частности: предполагалось, что линейные скорости жидкости и пара равны, сами фазы находятся в состоянии термодинамического равновесия, а для определения коэффициента трения двухфазного потока могут быть применимы зависимости, полученные для однофазного течения.

Результаты. В данной работе предложена модель охлаждения длинных изолированных трубопроводов при протекании по ним жидкого водорода, позволяющая определять параметры потока в различные моменты времени и оценивать время выхода магистрали в рабочий режим. На основе предложенной модели была разработан автоматизированный алгоритм расчета процесса охлаждения длинного трубопровода криогенными компонентами, позволяющий получать данные для построения температурных полей стенок трубопровода и потока транспортируемого криопродукта в различные моменты времени, а также определять время выхода магистрали в рабочий режим и момент наступления стационарного течения однофазного потока. Результаты проведенного расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Заключение. Используя данную модель при различных начальных и граничных условиях, можно отработать оптимальный режим протекания реальных физических процессов и добиться минимальных потерь криогенных компонент при минимальных временных затратах при подготовке стендовых систем к огневым испытаниям, как одного из этапов производственного цикла ЖРД в машиностроении.

Цель работы – изучение условий разделения и определения моно- и дисахаридов в биологических пробах и образцах пищевых продуктов методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детектированием.

Методы. Исследования проводились на жидкостном хроматографе LC-20AD (Shimadzu, Япония) cо спектрофотометрическим детектором, колонкой Supelco LC-18-T (4,6×250 мм, 5 мкм) и программным обеспечением «LС solution». Альтернативный анализ проводили на спектрофотометре КФК-3 (Россия).

Результаты. Экспериментально для индивидуального и совместного определения глюкозы, лактозы, сахарозы и фруктозы методом высокоэффективной хроматографии установлен состав подвижной фазы ацетонитрил:вода – 80:20 и скорость ее потока – 0,6 мл/мин, при которых достигается наибольшая чувствительность определения аналитов. Построены градуировочные функции индивидуального определения углеводов и в смеси, рассчитаны их метрологические характеристики. Наибольшая чувствительность зафиксирована при определении лактозы. Результаты хроматографического анализа сравнены с данными спектрофотометрического определения углеводов, значимых расхождений не найдено.

Заключение. Анализ образцов урины и пищевых продуктов (молоко, сироп и печенье для диабетиков) показал соответствие заявленного производителем содержания аналитов и подтвердил диагноз больного, предоставившего биологическую жидкость. Это позволяет рекомендовать предложенные методики для контроля за содержанием моно- и дисахаридов в образцах со сложными по составу матрицами.