Цель. Разработать математическую модель взаимодействия покрытия из карбидостали со стальной основой в условиях образования жидкой фазы.

Методы. Среднее значение величины переходной зоны экспериментально определялось на приборе ПМТ-3. Величину переходной зоны в слое карбидостали определяли на рентгеновском микроанализаторе "МАР-2".

Результаты. Разработана математическая модель взаимодействия покрытия из карбидостали со стальной основой в условиях образования жидкой фазы. Установлено, что распределение углерода в переходной зоне слоя карбидостали (𝛿_𝐿) и стальной основы (𝛿_𝑆) описывается экспоненциальной зависимостью, а приведенная методика позволяет с высокой точностью спрогнозировать величину переходной зоны, что подтверждает следствие теории о том, что при нанесении слоя на основу с меньшим содержанием углерода ширина переходной зоны будет больше, а скорость плавления основы меньше. Установлена высокая прочность сцепления покрытий с основой после вакуумного спекания (для карбидостали состава 10% TiC, ост. сталь Х6В3М – 116 МПа; для карбидостали состава 40% TiC, ост. сталь Х6В3М – 131 МПа; для карбидостали состава 40% TiC, ост. сталь Х12М – 220 МПа), что в совокупности с их высокими физико-механическими свойствами позволяет рекомендовать метод плазменного напыления покрытий из карбидосталей для восстановления изношенных поверхностей деталей и инструмента различного назначения.

Заключение. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать величину промежуточного слоя, а также коэффициенты диффузии углерода в жидкой фазе и в стальной основе.

Целью настоящей работы являлось проведение рентгенофлуоресцентного анализа элементного состава металлоотходов вольфрама, никеля и меди с помощью портативного спектрометра Olympus Delta.

Методы. Для определения химического состава сырья были исследованы образцы металлоотходов в виде прутка из меди, прутков различного диаметра из вольфрама и обрезков никелевых пластин, предназначенных для вторичной переработки. Для определения элементного состава металлоотходов был выбран метод рентгенофлуоресцентного анализа. Метод РФА основан на соотношении интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элементов в образце. Образцы, облученные мощным излучением рентгеновской трубки, в ответ излучают характерное флуоресцентное излучение атомов, пропорциональное их концентрации в образце. Данный метод позволяет качественно оценить элементный состав сложных образцов без нарушения их физико-химических свойств с минимальными временными затратами. В качестве экспресс-анализатора металлов и сплавов был использован спектрометр Olympus Delta, с помощью которого были получены экспериментальные данные о составе металлоотходов вольфрама, никеля и меди.

Результаты. На основании проведенных исследований, направленных на проведение рентгенофлуоресцентного анализа элементного состава металлоотходов вольфрама, никеля и меди с помощью портативного спектрометра Olympus Delta, установлено, что образцы исследуемых металлоотходов соответствуют следующим маркам сплавов: вольфрамовый пруток из вольфрама марки ВА; никелевая пластина из никеля марки ПНК-0Т1; медный пруток из меди марки М3р.

Заключение. Полученные результаты позволят провести дальнейшие исследования по их переработке методом электроэрозионного диспергирования и повторному использованию при получении тяжелых вольфрамовых сплавов. Реновация металлоотходов, в том числе металлоотходов вольфрама, никеля и меди будет способствовать ресурсосбережению, импортозамещению и обеспечению технологического суверенитета Российской Федерации.

Целью настоящей работы является разработка и применение математических методов (Фурье-интерполирования) для фиксации наличия и оценки механизмов волновых процессов, развивающихся в изделиях из порошковых нержавеющих и жаропрочных сплавов аддитивных технологий (SLM) в ходе их деформации.

Методы. Для фиксации наличия волновых процессов пластической деформации в нагруженных изделиях 3D-технологий использовали образцы порошковой нержавеющей стали 03Х18Н12М2 (аналог AISI 316L) и порошкового жаропрочного сплава 08ХН53БМТЮ (аналог Inconel 718), изготовленные по SLM-технологии на 3D-принтере SLM280 2.0HL. Образцы подвергали одноосному растяжению (ГОСТ 1497-84) с постоянной скоростью захватов на воздухе при комнатной температуре. С использованием цифровой видеозаписи процесса нагружения размеченной поверхности образцов проводили измерения длин размеченных участков. Строили графики зависимостей локальной относительной деформации по длине образца и в выделенные моменты испытаний. Математическое обоснование наличия волнового характера фиксируемых функций как периодических проводили путём разложения их в ряд Фурье с последующей интерполяцией.

Результаты. Экспериментально установлено, что в объёме исследованных образцов порошковых нержавеющей стали типа 316L и жаропрочного сплава типа Inconel 718, полученных по технологии SLM, при их растяжении существует многостадийный характер волновой деформации, отражающий развитие и перемещение локальных микрообъёмов повышенной пластичности (очагов локализованной деформации). Процедура Фурье-интерполяция комплекса экспериментально полученных кусочно-линейных функций размеров разметочной сетки и их локальных деформаций подтвердила их явную периодичность, то есть наличие волнового характера.

Заключение. Разработанная методика фиксации и математической обработки волновых деформационных спектров может применяться для анализа изменяющихся параметров поверхностной разметки (накатной сетки) 3D-изделий как по их длине, так и в фиксированные моменты времени нагружения, а также при построении многомерных зависимостей параметров разметки от геометрии образцов и времени испытаний.

Целью настоящего исследования являлось получение электроэрозионного дисперсного никеля путем переработки никелевых отходов электродиспергированием в изопропиловом спирте, а также исследование производительности данного процесса и гранулометрического размера частиц полученного дисперсного никеля.

Методы. Никелевые отходы в виде пластин перерабатывали в порошок электродиспергированием на экспериментальной установке электроэрозионного диспергирования в среде изопропилового спирта. Исследование среднего размера частиц полученного электроэрозионного дисперсного никеля проводили с использованием лазерного анализатора размеров частиц Analysette 22 NanoTec.

Результаты. Методом электроэрозионного диспергирования из отходов производства впервые получены никелевые порошки сферической формы в среде изопропилового спирта. Определены параметры установки электроэрозионного диспергирования, необходимые для диспергирования никелевых отходов. Экспериментально установлена прямо пропорциональная зависимость массовой производительности процесса электроэрозионного исследования диспергирования никелевых отходов от напряжения на электродах в изопропиловом спирте в интервале 120–220 В. Оптимальным для диспергирования никелевых отходов в изопропиловом спирте является напряжение на электродах в интервале 200–220 В. Установлено, что наименьший размер частиц имеет никелевый порошок, полученный при напряжении на электродах 220 В, при этом массовая производительность при данном значении напряжения на электродах является максимальной.

Заключение. На основании представленных экспериментальных исследований массовой и количественной производительности процесса электроэрозионного диспергирования никелевых отходов в изопропиловом спирте установлена высокая эффективность применения технологии электродиспергирования для получения дисперсного порошка никеля, который не уступает промышленно применяемым порошкам по среднему размеру частиц. Экспериментально установлено, что наименьший размер частиц имеет никелевый порошок, полученный при напряжении на электродах 220 В, при этом массовая производительность при данном значении напряжения на электродах является максимальной.

Цель. Современные технологии в своем развитии все больше нуждаются в увеличении скорости обработки и записи информации. Альтернативой полупроводниковым методам является магнитная память, основанная на изменении магнитных моментов. Быстродействие перемагничивания определяется скоростью движения доменных границ. Скорость является максимальной в слабых ферромагнетиках. Цель работы состоит в исследовании влияния магнитной волны, генерируемой движущейся доменной границей на продольную акустическую волну с учетом поглощения магнитной в ортоферрите иттрия.

Методы. Уравнение, описывающее влияние магнитной волны, генерируемой движущейся доменной границей, на продольную акустическую волну решается с использованием следующих методов: метод медленно меняющихся амплитуд, метод теории возмущений и метод Лагранжа.

Результаты. Для кристалла ортоферрита рассчитан вклад магнитной волны, сопровождающей движение доменной границы в ортоферрите иттрия в деформацию амплитуды продольной акустической волны. Этот вклад в ограниченном кристалле без учета поглощения магнитных волн в отсутствии влияния на них акустических имеет порядок 10-6 см. В неограниченном кристалле соответствующий вклад с учетом поглощения магнитных волн в генерацию продольных акустических волн составляет порядок величины 10^-10 см при теоретической толщине доменной границы D3 ≈ 10^-6 см.

Заключение. Для изучения механизмов влияния магнитной волны, генерируемой движущейся ДГ, на продольную акустическую взят ортоферрит иттрия. Так как для слабого ферромагнетика характерно существенное усиление магнитоупругой связи при преодолении ею звукового барьера, именно это обстоятельство позволило экспериментально наблюдать генерацию упругих смещений движущейся доменной границей.

Цель. Экспериментально исследовать отличие характерного времени жизни плазменных образований в неподвижном и вращающемся тороидальном объёме воздуха при нормальных окружающих условиях.

Методы. Экспериментальное исследование плазмоидов осуществлено методом видеосъемки высокоскоростной камерой с последующей покадровой обработкой записи. Генерация плазмоидов выполнялась методом механического разрыва плазменного шнура сварочной дуги в поле постоянных магнитов. Создание тороидального вращения плазменного образования в воздухе возникает при прохождении его сквозь отверстие в твердом экране. Численная оценка механических сил, действующих на ионы в воздушном вихре, выполнена по порядку величины на основе данных эксперимента.

Результаты. Созданы две различные по конструкции лабораторные установки для наблюдения плазменных образований в воздухе при нормальных внешних условиях. Время жизни таких «долгоживущих» плазмоидов в воздухе равно примерно двум миллисекундам, что существенно превышает время жизни плазмообразующей сварочной дуги в свободном состоянии при тех же условиях. Увеличение времени жизни плазмоида рассматривается и объясняется в рамках механических представлений о пространственном разделении тяжёлых и легких ионов внутри плазмы под действием сил инерции в результате вращательного движения воздуха. Предложенная механическая модель является заведомо упрощённой и не учитывает диффузионные, рекомбинационные и прочие сопутствующие явления, так как основное и единственное отличие наблюдаемых «долгоживущих» и «обычных» плазмоидов заключается в характере механического движения среды.

Заключение. Созданы и описаны две экспериментальные установки, позволяющие получать и наблюдать поведение плазменных образований с характерным временем жизни порядка двух миллисекунд. Результаты наблюдений косвенно подтверждают простую механическую гипотезу о связи времени жизни свободного плазменного образования с вращательным движением газа внутри него.

Цель. Поиск простого и физически разумного способа описания базовых свойств магнитоактивного эластомера под действием приложенного магнитного поля и/или механической нагрузки.

Методы. Предложен феноменологический подход, в рамках которого агрегирование феррочастиц в магнитоактивном эластомере трактуется как появление некоторого параметра порядка, физический смысл которого близок, но не сводится полностью к количеству частиц наполнителя, объединившихся в агрегаты, отнесённому к общему числу частиц. Соответствующий функциональный вклад в свободную энергию системы записан в форме, схожей с разложением Ландау – де Жена, как оно используется в теории фазовых переходов. В зависимости от присутствия кубической степени параметра порядка в этом разложении структурный переход в магнитоактивном эластомере может развиваться по сценариям как I, так и II рода.

Результаты. В модельном одномерном расчёте показано, что зависимости главных характеристик композита – намагниченности и деформации – от приложенного магнитного поля и механической нагрузки можно единым образом описать через изменение параметра порядка. Рассмотренная модельная среда проявляет важную особенность: в присутствии внешнего поля она реагирует на приложенную механическую нагрузку квазипластически. Однако, как только поле выключается, система выходит из пластического состояния и восстанавливает исходную упругость.

Заключение. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с данными прямого численного моделирования мезоскопического варианта рассматриваемой задачи. В качественном отношении выявленные особенности реологического поведения рассмотренной системы находятся в близком соответствии с результатами экспериментов по механическому нагружению магнитоактивных эластомеров на силиконовой основе, наполненных порошком карбонильного железа, частицы которого имеют микронный размер.

Цель. Изучить температурную зависимость вязкости магнитной жидкости на водной основе.

Метод исследования состоит в измерении динамической вязкости магнитной жидкости на основе частиц феррита кобальта, стабилизированных в воде двойным слоем поверхностно активного вещества. В качестве стабилизатора использовалась лауриновая кислота (первый слой) и смесь лауриновой кислоты и додецилсульфата натрия (второй слой). Измерения выполнялись при помощи ротационного вискозиметра Brookfield DV-II+Pro, снабженного системой коаксиальных цилиндров. Измерительная система вискозиметра термостатировалась с помощью термостата КРИО-ВТ-12-1.

Результаты. Измерены температурные зависимости динамической вязкости у трех образцов магнитной жидкости на основе частиц феррита кобальта различных концентраций в диапазоне температур 0–90С°. Полученные температурные зависимости вязкости кардинально отличаются от температурных зависимостей, как предсказываемых известными теориями, так и экспериментально наблюдаемыми для магнитных жидкостей на основе керосина. Согласно известным теоретическим моделям отношение вязкости магнитной жидкости к вязкости базовой среды есть некая универсальная функция концентрации частиц. В разных моделях предлагается различный вид этой функции. Но из них однозначно следует, что отношение вязкостей не должно зависеть от температуры. Для магнитных жидкостей на основе керосина экспериментально установлено, что ее относительная вязкость убывает с ростом температуры. Однако согласно полученным результатам относительная вязкость магнитной жидкости на основе воды не убывает с ростом температуры, а существенно растет, то есть вязкость магнитной жидкости на основе воды с ростом температуры убывает медленнее, чем вязкость воды.

Вывод. Наблюдаемые зависимости полностью противоречат известным закономерностям, как теоретическим, так и экспериментально установленным для магнитных жидкостей на основе керосина. Полученные результаты могут оказаться полезными для дальнейшего развития теории водных коллоидных растворов со стабилизацией частиц двойным слоем поверхностно-активных веществ.

Цель данной работы – экспериментально изучить процесс распада горизонтального слоя магнитной жидкости, лежащего на твердой и жидкой не смачиваемой подложке, на упорядоченную систему капель под воздействием вертикального пространственно однородного магнитного поля.

Методы. В эксперименте исследуемые жидкости в виде двухслойной системы, заполняющей цилиндрическую стеклянную кювету, помещались на горизонтальную площадку в центре катушек Гельмгольца, подключенные к источнику постоянного тока. Развитие неустойчивости свободной поверхности слоя магнитной жидкости отслеживалось с помощью скоростной цифровой видеокамеры, установленной сверху над системой катушек.

Результаты. Определена зависимость критической напряженности магнитного поля от толщины разрываемого слоя и магнитной восприимчивости магнитной жидкости, расположенной как на твердой, так и на жидкой подложке. По сравнению со случаем твердой подложки разрыв слоя магнитной жидкости на жидкой подложке происходил при меньших значениях критической напряженности поля. При этом развитие неустойчивости свободной поверхности слоя магнитной жидкости на твердой подложке происходит при напряженностях поля, в два раза больших напряженности неустойчивости межфазной поверхности слоя на жидкой подложке.

Заключение. Использование жидкой подложки позволяет разорвать такие слои магнитной жидкости, деформация которых на твердой подложке ограничивается лишь периодическим возмущением поверхности. Величина критической напряженности, приводящей к разрушению сплошного слоя на жидкой подложке, увеличивается с ростом толщины этого слоя. Возрастание магнитной восприимчивости магнитной жидкости ведет к снижению величины критической напряженности поля.

Цель исследования. Изучить процесс фотодеградации метиленового синего под действием лазерного излучения с длиной волны 660 нм, используемого для установок фотодинамической терапии, на предмет формирования активных форм кислорода, в частности короткоживущих гидроксильных радикалов с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса.

Методы. Определение остаточной концентрации метиленового синего в процессе фотодеградации производилось с помощью спектрометра HR2000. Детектирование образования гидроксильных групп осуществляли с помощью ЭПР-спектрометра SPINSCAN X.

Результаты. Анализ данных фотодеградации метиленового синего показывает, что под действием лазерного излучения с длиной волны 660 нм происходит разрушение структуры метиленового синего, проявляющееся в постепенном обесцвечивании раствора красителя. При добавлении трипафлавина в раствор скорость фотодеградации метиленового синего значительно замедляется. Анализ данных ЭПРспектроскопии показывает, что при воздействии красным лазером на метиленовый синий в растворе начинают интенсивно формироваться (ОН’) радикалы. Их содержание значительно возрастает с увеличением мощности облучения.

Заключение. Облучение лазерным источником мощностью 0,3–1 Вт с длиной волны 660 нм водного раствора тиазинового красителя метиленового синего приводит к его активной фотодеградации. Добавление трипафлавина приводит к замедлению процесса фотодеградации метиленового синего при облучении красным светом за счёт расходования части генерируемых кислородсодержащих радикалов на деградацию трипафлавина. По данным ЭПР спектроскопии с использованием спиновых ловушек ДМПО доказано, что при облучении метиленового синего красным лазером происходит активное образование гидроксильных ОН’ радикалов. Установлено, что с увеличением интенсивности лазерного излучения количество генерированных гидроксильных радикалов (ОН’) значительно увеличивается. Представленные результаты могут способствовать разработке эффективных фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии опухолевых новообразований.

Цель. Выполнение измерений скорости звука и плотности в жидкой фазе изомеров гексана на линии насыщения в широкой области параметров состояния, включающей критическую область.

Методы. Использование прецизионного импульсно-фазового метода измерения скорости звука в жидкой фазе изомеров гексана и их плотности пикнометром при атмосферном давлении. В работе обсуждаются результаты прецизионных измерений скорости звука и плотности в пяти изомерах гексана. Скорость звука измерена на кривой равновесия в жидкой фазе изомеров импульсно-фазовым методом в интервале от –30°С до их критической точки. Погрешность измерений скорости звука не превышала ±1 м/с. Измерения плотности выполнены с помощью пикнометра при атмосферном давлении в интервале от –30°С до их нормальной температуры кипения с погрешностью, не превышающей 0,05%. Результаты измерений скорости звука и плотности использованы для изучения особенностей характера межмолекулярных сил. Показана необходимость учета нековалентного химического взаимодействия молекул исследованных веществ.

Результаты. Выполнены измерения скорости звука на линии насыщения в жидкой фазе всех пяти изомеров гексана в температурном интервале от –30°С до критической температуры всех 5 изомеров. Полученные результаты использованы для изучения особенностей зависимости энергии межмолекулярных сил от параметров состояния в области исследований.

Заключение. Показано, что энергия межмолекулярных сил в предельных углеводородах и других простых веществах представляет собой сумму 3-х слагаемых, представляющих: 1) энергию дисперсионных сил притяжения, пропорциональную квадрату плотности; 2) энергию сил отталкивания, пропорциональную биквадрату плотности и 3) энергию слабых химических нековалентных сил связи, пропорциональную кубическому корню из плотности вещества.

Цель. Исследование протекторных свойств аблированных наночастиц оксида церия для клеточных культур в окислительной реакции при ультрафиолетовом и ионизирующем облучении.

Методы. Методом лазерной абляции получены наночастицы диоксида церия с высокой антиоксидантной активностью. С помощью атомно-силовой микроскопии выполнена характеризация аблированных наночастиц диоксида церия и клеток, инкубированных с наночастицами диоксида церия. Исследованы протекторные свойства наночастиц диоксида церия после 0 (без инкубации), 6и 24-часовой инкубации с помощью колориметрического метода MTT-теста.

Результаты. Методом лазерной абляции были получены наночастицы оксида церия с предельным размером до 50 нм. Полученные наночастицы были инкубированы с клеточными линиями BJ TERT в течение 6 и 24 часов. Образцы были подвергнуты ультрафиолетовому и ионизирующему облучению с целью выявления протекторных свойств наночастиц CeO2. По результатам МТТ теста установлено, что инкубация с наночастицами диоксида церия имеет выраженный протективный эффект на клеточную линию BJ TERT. После УФ-облучения 6-часовая и 24-часовая инкубация наночастиц оксида церия с клеточной культурой обеспечивает на 15±5% и 20±5% больше выживаемости клеток соответственно, чем без частиц. После ионизирующего излучения процент выживаемости клеток инкубированных в течение 24 часов с наночастицами церия также повышается на 20±5%.

Заключение. В данной работе показано, что аблированные наночастицы диоксида церия оказывают протективный эффект в отношении здоровых клеток линии BJ TERT. В работе показано, что наночастицы оксида церия являются перспективными антиоксидантами, способными обеспечить протекторное действие для клеточных культур от ультрафиолетового и ионизирующего облучения.

Целью настоящей работы являлось продолжение исследований по активации кварцевого сырья с использованием гидроксидов щелочных металлов. В настоящей работе приведены теоретическое обоснование и практическое подтверждение физико-химической активации кварцевого сырья гидроксидом натрия с учетом эвтектических соотношений в системе Na₂O – SiO₂.

Методы. В качестве источника кварцевого сырья выбран кварцевый стекольный песок ВС-030-В; в качестве натрийсодержащего сырья – чешуйчатый гидроксид натрия марки ТР. Для научного основания использовалась диаграмма фазовых состояний Na₂O – SiO₂ Бережного. Для изучения фазового состава активированного кварцевого песка использовался рентгенофазовый анализ, для изучения частицы продукта активации кварцевого песка и гидроксида натрия – растровая электронная микроскопия. Для подтверждения эффективности разработанного способа проводились сравнительные варки натриевого стекловидного силиката по предлагаемому способу и ранее известным.

Результаты. Разработан способ активации кварцевого сырья гидроксидом натрия для получения стекловидных натриевых силикатов с использованием смеси двух продуктов активации, для получения одного из которых берутся части кварцевого сырья и гидроксида натрия, взятые в эвтектическом соотношении, а для получения другого продукта активации – остаток кварцевого сырья и расчетное минимальное количество гидроксида натрия, необходимого для получения оболочки на кварцевом зерне.

Заключение. На основании результатов сравнительной экспериментальной варки таблетированных шихт для силикат-глыбы с использованием разработанного способа активации кварцевого сырья и с использованием смеси кварцевого песка и карбоната натрия экспериментально подтверждена эффективность разработанного способа, выраженная в снижении температуры варки. Результаты исследования были оформлены в виде патента Российской Федерации № 2714415 «Способ подготовки шихты для щелочно-силикатного стекла».

Цель работы – оптимизация условий газохроматографического определения смеси восьми хлорорганических пестицидов: альдрин, гексахлорбензол, гептахлор, α-ГХЦГ, γ-ГХЦГ, ДДТ, ДДД, ДДЭ.

Методы. Для хроматографических исследований хлорорганических пестицидов применяли газовый хроматограф Shimadzu GC-2010Plus (Shimadzu, Япония), снабженный автоматическим дозатором проб равновесного пара «НТ200Н», электронно-захватным детектором на основе 63Ni и кварцевой капиллярной неполярной колонкой «Хроматэк» SPB-5 (30 м, 0,32 мм, толщина пленки на основе фенил(5%) и диметил(95%)полисилоксанов 0,5 мкм) с рабочим температурным диапазоном 60°С – 320/340°C. Обработку хроматограмм осуществляли в приложении LabSolutions GPC.

Результаты. На основании экспериментально полученных данных выбраны оптимальные условия газохроматографического определения и разделения восьмикомпонентной смеси хлорорганических пестицидов, а именно: величина деления потока подвижной фазы – 1:10, скорость потока газа-носителя – 1,0 мл/мин; двухступенчатый температурный программируемый режим колонки – от 160 до 240°C со скоростью повышения 5°C/мин. Проведена оценка метрологических характеристик анализа и валидация результатов предложенной методики с методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Доказана хорошая воспроизводимость результатов хроматографирования с возможностью обнаружения хлорорганических пестицидов (ХОП) на уровне 10–6 – 10–5 мкг/см3. Применение теста Фишера показало отсутствие значимых расхождений в воспроизводимости выборочных совокупностей – исследуемые методы хроматографического анализа ХОП равноточны. Предложена экстракционная пробоподготовка образцов реальных объектов, рассчитанные степени извлечения >84% позволяют рекомендовать методику для количественного определения аналитов.

Заключение. Методика газохроматографического анализа апробирована при определении ХОП в образцах питьевой воды и детского пюре (Россия) методом добавок. Превышение ПДК остаточных содержаний хлорорганических пестицидов в образцах исследуемой пищевой продукции не обнаружено.