Цель. Исследование склонности хромистых сталей к карбидообразованию при цементации и установление факторов, определяющих повышенную склонность хромистых сталей к карбидообразованию.

Методы. Для исследования выплавлено в индукционной печи 12 плавок по 0,5 кг сплавов железа с марганцем, хромом и ванадием. Шихтой служили технически чистое железо и ферросплавы указанных металлов. Цементацию проводили в древесно-угольном карбюризаторе (размер зерен 1…3 мм), содержавшем 30% ВаСО₃.

Режим цементации: 920°С – 6 ч, охлаждение на воздухе в нераспакованном контейнере.

Результаты. Отмечено, что выделению цементита в зернистой форме способствуют большие положительные отклонения от идеальности в твердых растворах хрома в железе. Коэффициент активности хрома в сплавах Fe-Cr значительно выше единицы и составляет при 1000°С для сплавов, содержащих менее 10% Сr, 2,38. Большая величина коэффициента активности хрома свидетельствует о сильной тенденции к расслоению растворов Fe-Cr на две фазы и образованию флуктуаций хрома, на которых зарождение карбидов облегчено. Марганец стабилизирует цементит настолько слабо, что последний, как и в нелегированном аустените, не может образоваться в зернистой форме. Ванадий, в противоположность хрому и марганцу, не стабилизирует цементит, так как практически не растворяется в нем (растворимость V в Fe₃C составляет всего 0,4…0,5%, а образует более стойкий по сравнению с карбидами хрома карбид VC. По этой причине Fe₃C в ванадиевой стали при цементации не образуется, а общее содержание карбидной фазы, образовавшейся в процессе цементации, определяется содержанием карбидных частиц VC, которое определяется содержанием ванадия в стали.

Заключение. Повышенная склонность хромистых сталей к карбидообразованию при цементации обусловлена стабилизацией цементита хромом. В результате растворения хрома величина ΔG⁰ цементита возрастает настолько, что становится энергетически возможным его образование в зернистой форме. Образованию цементита в зернистой форме в хромистых сталях способствует также значительная величина коэффициента термодинамической активности хрома в аустените.

Цель. Проведение сравнительного анализа затрат электроэнергии на получение шихты методом электроэрозионного диспергирования для производства безвольфрамового твердого сплава, а также сравнение физико-механических свойств полученных электроэрозией порошковых материалов и сплава из них.

Методы. Для получения экспериментальных порошковых материалов (шихты) использовались: установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов (патент РФ 2449859), отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 (ГОСТ 26530-85), рабочие жидкости – углеродсодержащая (спирт этиловый, ГОСТ 26530-85) и кислородсодержащая (вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72). С помощью растрового электронного микроскопа QUANTA 600 FEG исследовалась морфология экспериментального электроэрозионного порошкового материала сплава КНТ16. С помощью энергодисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы «EDAX» исследовался элементный состав полученного порошкового материала методом электроэрозии сплава КНТ16. Проведено определение распределения по размерам микрочастиц экспериментального электроэрозионного порошкового материала сплава КНТ16.

Результаты. В ходе проведения исследования было установлено, что: при диспергировании в углеродсодержащей рабочей жидкости затраты электроэнергии ниже по сравнению с кислородсодержащей; частицы полученного в ходе проведения эксперимента порошкового материала имеют преимущественно сферическую и эллиптическую форму; основными химическими элементами шихты, полученной в спирте этиловом, являются: Ti (66,1 %); Ni (20,02 %); C (7,41 %); Mo (6,47 %); средний размер частиц полученного электроэрозией порошкового материала составил 18,69 мкм.

Заключение. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что диспергирование электроэрозией твердого сплава без вольфрама марки КНТ16 в углеродсодержащей рабочей среде этилового спирта является менее энергоемким по сравнению с аналогичным процессом, протекающим в кислородсодержащей рабочей среде дистиллированной воды.

По представленным результатам морфологических исследований, элементного и размерного анализа можно сделать вывод, что шихта, полученная в ходе эксперимента, пригодна для получения спеченных образцов и их дальнейшего изучения.

Цель исследования. Разработка рекомендаций для оптимизации химического состава выплавляемой стали, предназначенной для изготовления сварочной проволоки Св-08Г2С, по критерию гарантированного получения заданного значения ударной вязкости металла, наплавляемого данной проволокой при дуговой сварке в защитном газе.

Методы. Рассмотрены уравнения, отражающие статистически значимую корреляцию в выборке из 22 низколегированных конструкционных сталей между приведенными обобщенными отношениями степеней металличности и ковалентности для совокупности межатомных связей в данных сталях с их ударной вязкостью. Предложено использовать регрессионные зависимости, связывающие отношение приведенных обобщенных степеней металличности и ковалентности для совокупности межатомных связей в металле сварочных проволок с ударной вязкостью металла, который наплавлен при дуговой сварке в защитном газе данными проволоками. 

Результаты. Установлено относительное влияние мольных долей химических элементов (в пределах возможного варьирования их массового содержания в сварочной проволоке Св-08Г2С, регламентированного ГОСТ 2246) при различных температурах на ударную вязкость металла, наплавленного в углекислом газе проволокой Св-08Г2С. Показано, что заданное значение ударной вязкости наплавленного металла может обеспечиваться при различном содержании легирующих элементов и примесей в сварочной проволоке Св08Г2С, но при этом отношение приведенных обобщенных степеней металличности и ковалентности для совокупности межатомных связей в металле проволоки остается неизменным. Показано, что при выплавке стали, предназначенной для производства сварочной проволоки Св-08Г2С, для обеспечения гарантированного требуемого значения ударной вязкости металла, наплавляемого данной сварочной проволокой, требуется путем варьирования химического состава (в пределах, определяемых ГОСТ 2246) обеспечивать в различных плавках заданную величину отношения приведенных обобщенных степеней металличности и ковалентности для совокупности межатомных связей в выплавляемой стали. 

Заключение. Разработан алгоритм, отражающий разработанные рекомендации по оптимизации химического состава сварочной проволоки Св-08Г2С при ее выплавке по критерию обеспечения заданной ударной вязкости металла, наплавленного данной проволокой при дуговой сварке в защитном газе.

Целью работы являлось исследование влияния концентрации добавки диоксида кремния на трансформируемость при сосредоточенных нагрузках тетрагональной фазы диоксида циркония, стабилизированного оксидом кальция, упрочненного оксидом алюминия. 

Методы. Для исследования фазовых превращений в области локальной деформации использовали метод пятициклового индентирования с нарастающей нагрузкой. Об эффективности тетрагонально-моноклинных превращений судили по количественной оценке отношений энергии гистерезисных потерь к энергии пластической деформации δ, рассчитываемых из данных P-h-диаграмм. 

Результаты. Установлено, что повышение концентрации от 0 до 5 мол.% примеси SiO₂ в циркониевой керамике (стабилизированной CaO и содержащей 5 вес.% Al₂O₃) вызывает увеличение значений δ, то есть рост гистерезисных потерь, регистрируемых при повторном внедрении индентора в сформированный отпечаток. Причиной наблюдаемых гистерезисных потерь являются тетрагонально-моноклинные превращения t-ZrO₂ → m-ZrO₂. Следовательно, введение примеси SiO₂ способствует повышению трансформируемости тетрагональной фазы диоксида циркония. Причиной этому может являться взаимодействие SiO₂ и CaO с образованием силикатов кальция и, как следствие, нарушение баланса в концентрациях ZrO₂ и его стабилизатора CaO. 

Заключение. Повышение трансформируемости тетрагональной фазы t-ZrO₂ при введении примеси SiO₂ способствует усилению роли трансформационного механизма упрочнения циркониевой керамики, армированной частицами Al₂O₃, что обеспечивает значительное увеличение (более чем на 70%) ее вязкости разрушения. Однако превышение критического значения концентрации примеси SiO₂ вызывает самопроизвольное (в отсутствие механических нагрузок) t-ZrO₂ → m-ZrO₂ превращение, резко снижающее роль трансформационного механизма упрочнения и ухудшающее прочностные свойства исследуемой керамики.

Цель. Исследование антиоксидантных свойств аблированных наночастиц диоксида церия в условиях окислительной деградации органического красителя метиленового синего при протекании реакции Фентона в зависимости от их размерных и структурно-фазовых характеристик.

Методы. Характеризация аблированных наночастиц диоксида церия с помощью просвечивающей электронной микроскопии, оснащенной энергетическим Ω-фильтром и сканирующим HAADF-детектором; исследование в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектров поглощения образцов с помощью оптического спектрофотометра; изучение антиоксидантной активности аблированных наночастиц в окислительной реакции Фентона на примере органического красителя метиленового синего в зависимости от содержания и размерного состава наночастиц диоксида церия.

Результаты. Методом лазерной абляции получены наночастицы диоксида церия, обладающие выраженными антиоксидантными свойствами. С ростом содержания наночастиц СеО₂ антиокислительные свойства коллоидного раствора на их основе увеличиваются. Определены зависимости антиоксидантной активности наночастиц диоксида церия от их размерных и структурных характеристик. При увеличении содержания наночастиц диоксида церия в растворе идёт рост интенсивности процесса инактивирования гидроксильных радикалов, образующихся в процессе реакции Фентона. Данные, полученные в процессе исследований, свидетельствуют о наиболее высоких антиокислительных способностях растворов с наночастицами диоксида церия, которые подверглись центрифугированию при скорости 13400 об/мин. 

Заключение. Предложен новый способ получения нанодисперсных частиц оксида церия, обогащенных функциональными структурными дефектами. Наночастицы диоксида церия, аблированные импульсным лазерным излучением, являются новыми наноматериалами, представляющими собой антиоксиданты, способные инактивировать активные формы кислорода в окислительных процессах типа реакции Фентона. Данные свойства наночастиц диоксида церия определяются содержанием на их поверхности дефектов типа кислородная вакансия.

Целью работы является исследование во внешних градиентных магнитных полях закономерности процессов магнитофореза в магнитных жидкостях в тонких оптически прозрачных слоях и их взаимосвязь со структурированием и параметрами магнитожидкостной системы. 

Методы. Для изучения влияния структуры и параметров магнитной жидкости на динамику процесса магнитофореза был создан комплект экспериментальных установок по длительному воздействию неоднородных магнитных полей различной конфигурации. В качестве образцов исследовались образцы магнитной жидкости с различным дисперсным составом, в том числе и нецентрифугированные, содержащие крупные магнитные частицы.  

Результаты. В образцах магнитной жидкости с различным дисперсным составом исследовано явление магнитофореза в тонком слое в неоднородных магнитных полях различной конфигурации, создаваемых кольцевым постоянным магнитом, а также осевой магнитной системой на основе униполярных магнитов. На основе феноменологических уравнений магнитофореза и броуновской диффузии предложена теоретическая интерпретация динамики процесса магнитофореза в магнитожидкостных системах в неоднородном магнитном поле.

Заключение. Установлено, что для образца, содержащего более крупные магнитные наночастицы, процесс магнитофореза протекает в 5 раз быстрее. Разработаны методы исследования магнитофореза в магнитных жидкостях в неоднородных магнитных полях различной конфигурации, которые применимы для оценки размеров магнитных частиц и стабильности магнитных жидкостей, изучения процессов расслоения и структурообразования в них при продолжительном воздействии высокоградиентных магнитных полей.

Цель. Исследовать комплексные спектры изгибных колебаний (волн Лэмба) с экспоненциальным временным убыванием амплитуды для прямоугольной пластины при граничных условиях типа "опертые края". 

Методы. Комплексный спектральный анализ нелинейного взаимодействия оптических, магнитных и акустических волн в ограниченных образцах.

Результаты. В настоящее время хорошо исследованы акустические методы контроля материалов, в частности резонансные методы с использованием волн Лэмба. Анализ распространения и рассеяния волн Лэмба в различных структурах позволяет делать общие выводы о наличии неоднородностей (слоев, дефектов и т.д.). Но в ряде случаев подобные методы оказываются недостаточно эффективными из-за сложности интерпретации полученных результатов, например, при слиянии резонансных кривых двух волн с различными коэффициентами затухания. В ходе исследования проведен комплексный анализ амплитудночастотного спектра для нескольких мод волн Лэмба с одинаковыми частотами и различными коэффициентами затухания. Сканирование не только реальной, но и мнимой части амплитудно-частотного спектра позволило с более высокой точностью определить модовый состав колебаний. Эффект комплексного резонанса ранее рассматривался для оптических сред, но сходство акустических и электромагнитных волновых уравнений позволило нам распространить принцип комплексной спектроскопии на акустику.

Заключение. Комплексный спектр позволяет отличить нормальные моды колебаний с одинаковыми частотами и разными коэффициентами затухания. При этом ширина резонансной кривой вдоль мнимой оси может быть уже, чем вдоль вещественной. Мы делаем вывод, что возможности акустических методов существенно расширятся при использовании комплексного спектрального анализа генерируемых и регистрируемых волн. Данный метод может быть использован при исследовании нелинейного взаимодействия оптических, магнитных и акустических волн в ограниченных образцах. Комплексный спектральный анализ может найти применение при неразрушающем контроле ограниченных образцов, а также в акустоэлектронике и сейсмологии.

Цель. Изучить динамику немагнитных газовых пузырьков и капель в магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле.

Методы. Эксперименты проведены на установках, разработанных на основе известных методов и оборудования для магнитных измерений и изготовленных самостоятельно. В качестве измерительных систем использованы современные цифровые скоростные системы видеофиксации изображения с высоким разрешением. Исследуются образцы магнетитовой магнитной жидкости с олеиновой кислотой в роли ПАВ и керосином в качестве жидкости-носителя.

Результаты. Экспериментально рассмотрено два варианта исследования левитирующего немагнитного объема в магнитной жидкости: при бесконтактном манипулировании в измерительной ячейке с магнитной жидкостью с помощью неоднородного магнитного поля, создаваемого кольцевым постоянным магнитом, в результате чего от него отделялись и всплывали немагнитные капли или газовые пузырьки, а также при инжекции немагнитной фазы шприцевым насосом через капилляр, конец которого располагался в «области магнитного вакуума» неоднородного магнитного поля.

Заключение. В рамках теоретической интерпретации показано, что определяющую роль в формировании левитирующего немагнитного объема играют конфигурация неоднородного магнитного поля и свойства магнитожидкостной системы. Экспериментально продемонстрировано, что размеры немагнитных включений, всплывающих в магнитожидкостной системе в неоднородном магнитном поле, не зависят от расхода и гидростатического давления, при этом возможно управление размерами немагнитных жидких и газообразных включений с помощью изменения параметров магнитных жидкостей и магнитного поля, что может найти применение в качестве микродозаторов или газовых счетчиков в микрофлюидных системах.

Целью настоящей работы являлось исследование процесса адсорбции прямых светопрочных красителей из водных растворов целлюлозным сырьем.

Методы. В качестве сорбента использовались отходы деревообрабатывающей промышленности – древесные опилки лиственных пород деревьев размером частиц с 3,25 до 4,25 мм. В качестве адсорбатов предварительными испытаниями выбрано три прямых светопрочных красителя: бирюзового СВ, синего КУ, красного 2С.

Для определения максимума светопоглощения исследуемых в работе прямых светопрочных красителей сняты спектры поглощения на всем диапазоне длины волн. 

Для определения остаточной концентрации построены градуировочные графики зависимости оптической плотности от концентрации соответствующих красителей (бирюзового СВ, синего КУ, красного 2С). В работе приведены линеаризированнные уравнения градуировочных графиков, полученные с помощью метода наименьших квадратов и величины достоверности аппроксимации, значения которых показывают степень соответствия трендовой модели исходным данным. 

Результаты. Определены максимумы светопоглощения: для красителя прямого бирюзового СВ 611 нм, для синего КУ 563 нм, для красного 2С 523 нм. 

Установлены оптимальные условия сорбции целлюлозным сырьем прямых светопрочных красителей и определены параметры, характеризующие адсорбцию прямых светопрочных красителей (бирюзового СВ, синего КУ, красного 2С) целлюлозным сырьем из водных растворов при разных значениях массы.

Анализ кинетических кривых сорбции говорит о том, что при указанных оптимальных условиях наибольшая степень сорбции (более 99%) целлюлозным сырьем из водных растворов достигается за 30 минут для прямого светопрочного красителя синий КУ. 

Заключение. Полученные результаты показали, что краситель прямой красный 2С сорбируется в 2 раза меньше по сравнению с другими красителями, используемыми в работе. Наибольшей степени сорбции с наименьшей массой целлюлозного сырья в 3,0 г достиг краситель прямой синий КУ.

Цель. Изучение реакции конденсации как метода получения соединений ряда акридина и исследование их реакционной способности.

Методы. Использовали приемы и методы органической химии в синтезе новых производных акридинового ряда. Чистоту продуктов контролировали с помощью хроматографического метода анализа, а строение подтверждали совокупностью спектральных методов анализа на приборной базе кафедры фундаментальной химии и химической технологии ЮЗГУ.

Результаты. Циклизацией N,N-дифенилглицин-2-карбоновой кислоты при кипячении в среде концентрированной серной кислоты выделена N-акридонуксусная кислота. Циклизация N,N-дифенилглицин-2-карбоновой кислоты при условии применения в качестве циклизующего агента  хлороксида фосфора и треххлористого фосфора, широко применяемого в органическом синтезе для получения замещенных 9-хлоракридина, минуя стадию получения акридона-9, привела к нуклеофильному замещению гидроксогрупп в кислотных остатках на галоген с выделением 2 [(2-хлор-2-оксоэтил)фениламино]бензоилхлорида. Установлено, что замыкание цикла до соответствующего 2-(9-хлоракридин-10(9Н)-ил)ацетил хлорида не проходит. 2-(9-Оксоакридин10-ил)ацетил хлорид с высоким выходом получен в результате кипячения 2-(9-оксоакридин-10-ил) уксусной кислоты в среде хлористого тионила в отсутствие растворителя. Замещение оксогруппы на галоген в условиях эксперимента не происходит вследствие строения исходного акридина. Замещение атома хлора в хлорангидриде кислоты на гидразин при кипячении его с 84%-ным гидразингидратом привело к  2-(9-оксоакридин-10-ил)ацетатогидразиду с высоким выходом.  Доказано строение соединений с использованием спектральных методов анализа.

Заключение. Синтезирован 2-(9-Оксоакридин-10-ил)ацетил хлорид взаимодействием хлористого тионила с 2-(9-оксоакридин-10-ил)уксусной кислоты, на основе которого разработан перспективный лабораторный метод получения 2-(9-оксоакридин-10-ил)ацетогидразида.