Целью работы являлась разработка технологических и эксплуатационных мероприятий по созданию и внедрению износостойких защитных покрытий для упрочнения поверхностей инструмента и повышения работоспособности. 

Методы. В качестве объектов исследования были выбраны стали, используемые 5ХНМ, 9ХС, ШХ15, применяемые для производства пресс-форм литья под давлением, а также следующие порошковые материалы: ПН85Ю15, ПХМ, карбид вольфрама. Для исследования процесса упрочнения пресс-форм литья под давлением методом диффузионной металлизации и лазерным излучением были подготовлены образцы размером 50×10 мм. При диффузионной металлизации на поверхность образцов плазменной горелкой наносили покрытия вышеуказанными порошками по следующей технологии: обезжиривание поверхности уйат-спиритом; дробеструйная обработка поверхности (для повышения качества сцепления покрытия с основой); плазменное напыление покрытия. После диффузионной металлизации образцы пресс-форм подвергались диффузионному отжигу в атмосфере камерной печи типа ОКБ-лабораторная и в защитной атмосфере водорода. После отжига образцы охлаждали на воздухе. 

Результаты. Установлено, что на степень упрочнения стали в условиях лазерного нагрева большое влияние оказывает содержание в ней углерода и карбидообразующих элементов. Показано, что максимальное упрочнение наблюдается в стали ШХ15, поскольку в ней имеется повышенное содержание углерода. Выявлено, что при диффузионной металлизации, включающей в качестве исходной операции плазменное напыление покрытия хрома и последующий отжиг в защитной атмосфере водорода при температуре 1200°С в течение пяти часов, на поверхности стальных образцов пресс-форм для литья под давлением формируется диффузионный слой глубиной 20…60 мкм, по строению и характеристикам обеспечивающий улучшение эксплуатационных характеристик материала.

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при установлении закономерностей поведения различной природы слитковых, порошковых и композиционных материалов с высокой дисперсностью в фазовых и структурных составляющих в различных условиях и состояниях.  

Цель. Исследовать влияние условий электроосаждения на субмикроструктуру осадков, полученных из сульфатно-хлоридного электролита.

Методы. Для исследований был принят электролит, содержащий 200 кг/м³ сернокислого железа и 50 – 

200 кг/м³ хлорида железа. Субмикроструктура оценивалась рентгенографически на дифрактометре Shimadzu XRD-6000. Размеры областей когерентного рассеяния и микроискажения определялись методом гармонического анализа формы линий. Плотность дислокаций оценивалась по формуле П. Б. Хирша. Результаты исследований показали, что с ростом катодной плотности тока от 5 до 25 А/дм² размер блоков мозаики уменьшается, а величина относительных микроискажений и плотность дислокаций увеличивается. Повышение температуры электролита от 293 до 343 К приводит к росту размеров блоков мозаики и к уменьшению плотности дислокаций и величины микроискажений электролитических осадков железа.

С увеличением pH раствора области когерентного рассеяния растут до определенного значения кислотности (pH), при этом микроискажения и плотность дислокаций уменьшаются. Затем при дальнейшем увеличении pH области когерентного рассеяния уменьшаются, а микроискажения и плотность дислокаций увеличиваются, то есть значения областей когерентного рассеяния, микроискажений и плотности дислокаций в зависимости от pH электролита проходят через экстремальные значения, которые получаются примерно при pH равном 1,5.

Заключение. Изучение влияния условий электроосаждения на субмикроструктуру получаемых осадков позволяет рекомендовать параметры катодной плотности тока, температуры электролита, а также показателя кислотности раствора для конкретных задач, связанных с повышением надежности и износостойкости восстановленных деталей машин.

Цель. Проведение эксперимента, направленного на исследование новых безвольфрамовых твердосплавных электроэрозионных материалов (фазового состава), полученных на основе отходов сплава марки КНТ16 в кислородсодержащей рабочей жидкости.

Методы. Для получения новых экспериментальных безвольфрамовых твердосплавных электроэрозионных материалов (шихты) была применена установка для электроэрозионного диспергирования. В качестве материала для переработки были выбраны отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 в виде отработанных токарных и фрезерных пластин, в качестве рабочей жидкости – вода дистиллированная. После получения электроэрозионного материала было проведено исследование его фазового состава методом рентгеновской дифракции с применением рентгеновского дифрактометра "Rigaku Ultima IV".

Результаты. В ходе проведения исследования было экспериментально установлено, что диспергирование методом электроэрозии отходов сплава КНТ16 в воде дистиллированной приводит к образованию шихты со следующим фазовым составом: TiC, MoNi₃, Ni, Mo, а также Ni₂O₃, который образуется в результате взаимодействия никеля с кислородом, содержащимся в рабочей жидкости. Данное исследование подтверждает влияние химического состава рабочей жидкости на фазовый состав и свойства полученного электроэрозионного материала.

Заключение. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что диспергирование электроэрозией сплава КНТ16 в кислородсодержащей рабочей жидкости – воде дистиллированной приводит к образованию шихты с фазовым составом, позволяющим использовать ее в качестве исходного материала для производства новых безвольфрамовых твердых сплавов.

Целью настоящего исследования является изучение влияния параметров экспериментальной установки для электроэрозионного диспергирования, а именно напряжение на концах электродов, частота следования электрических импульсов и ёмкость разрядных конденсаторов на производительность процесса получения шихты сплава ССу3 пластины кислотного аккумулятора.

Методы. Для выполнения исследования выполнили ряд опытов на экспериментальной установке для электроэрозионного диспергирования. Процесс диспергирования производился при следующих параметрах установки: напряжении 100–200 В, емкости 25,5–65,5 мкФ, частоте 25–75 Гц, постоянными параметрами в данном исследовании были: расстояние между электродами 100 мм, время диспергирования 300 мин. На данном оборудовании была получена шихта свинцово-сурьмянистого сплава в виде порошка. Далее полученная шихта взвешивалась на лабораторных весах "MASSA K", модель ВК-1500. 

Результаты. При проведении исследования было установлено, что производительность шихты в виде порошка свинцово-сурьмянистого сплава выше, когда выше показатель изменяемого параметра. При изменении частоты следования импульсов максимальный выход порошка был получен при наивысшем параметре частоты 75 Гц. Также в ходе исследования была установлена зависимость выхода порошка в процессе электродиспергирования свинцово-сурьмянистого сплава ССу-3 с таким параметром установки, как напряжение на электродах. При одинаковых значениях частоты и емкости отмечается, что чем выше показатель напряжения, тем выше производительность процесса, а соответственно и производство свинцово-сурьмянистого порошка. Исследование производительности свинцово-сурьмянистого порошка при изменении параметра ёмкости разрядных конденсаторов показало прямую зависимость, самый большой выход порошка достигается на максимально допустимой на данной установке ёмкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ.

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего изучения и совершенствования состава и структуры сплава, а также для подбора оптимальных режимов работы установки в дальнейших исследованиях.

Цель. Изучение состава, структуры и свойств композиционных электрохимических покрытий на основе электроэрозионной свинцовой бронзы.

Методы. Для получения шихты применялась установка для измельчения металлических отходов, в качестве металлоотходов применялся лом свинцовой бронзы марки БрС30, рабочей средой диспергирования выступала вода дистиллированная ГОСТ 6709-72.

В соответствии с экспериментальной технологией образцы получали на установке L1 DIGIT путем добавления универсального сернокислого электролита меднения в суспензию полученных электроэрозионных частиц, предварительно проведя подготовку образцов.

С помощью оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51», оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab», проводили металлографические исследования (микроструктура, пористость).

На высокотемпературном трибометре производства фирмы «CSM Instruments» определяли показатели износостойкости спеченных образцов и покрытий.

Испытания твердости образцов по поверхности и поперечному шлифу проводили с помощью автоматической системы анализа микротвердости DM-8 по методу микроВиккерса.

Результаты. В ходе проведенных исследований свойств полученных покрытий было установлено, что добавление суспензии частиц свинцовой бронзы в сернокислый электролит меднения в концентрации 0,05 г/л приводит к увеличению твердости покрытий на 12%. Исследование микроструктуры поперечного шлифа образцов показало, что получены покрытия без видимых дефектов на границе «покрытие/подложка». Установлено, что имеет место увеличение износостойкости композиционного электролитического покрытия. Наличие свинцовых включений, выполняющих роль смазки, способствует снижению коэффициента трения на 10%.

Заключение. Исходя из представленных результатов исследований можно сделать вывод о том, что благодаря закалке паров металла в рабочей жидкости при диспергировании электроэрозионные частицы свинцовой бронзы способствуют увеличению износостойкости покрытий, наличие свинцовых включений  ведет к снижению коэффициента трения, что позволяет рекомендовать разработанную технологию при восстановлении и упрочнении подшипников скольжения, работающих в условиях граничного трения.

Цель. Определение зависимости параметров предварительного спекания на формирование структуры и свойств высокоплотных дисперсно-упрочненных легированных сплавов для дальнейшего эффективного использования термической обработки с целью повышения их механических и эксплуатационных свойств. Рассмотрены технологические особенности при формировании качественного межчастичного сращивания дисперсно-упрочненных материалов. Качественное сращивание в первую очередь определяется механическими свойствами сплавов, которые показывают степень его завершенности при спекании, в зависимости от плотности материалов, температуры спекания и процентного содержания углерода, который вводится в шихту сплава.

Для решения поставленной цели потребовалось установить закономерности формирования свойств и создания качественных связей между частицами дисперсно-упрочненных сплавов при введении в шихту углерода.

Методы. В настоящей работе приводится подробное описание термической обработки сплавов, рассматривается изменение структурных особенностей по сравнению с компактными материалами. Спекание проводили в среде диссоциированного аммиака при различных температурах. Полученные образцы подвергались механическим испытаниям.

Результаты. Экспериментальным путем установлено следующее: определены прочностные и пластические характеристики спечённых сплавов от плотности образцов, а также от вводимого в шихту углерода. По данным настоящей работы следует, что спекание в течение 30 минут для чистых железных сплавов является минимальным временем, при котором происходит гомогенизация углерода в металлической матрице. Температура спекания в 1100°С для таких материалов является абсолютно обоснованной и повышение температуры спекания не будет иметь значения для ускорения процесса спекания.  

Выводы. В работе показаны прочностные свойства рассматриваемых сплавов в зависимости от процентного содержания углерода в исходной шихте.  Для сплава ПЛ-Н4Д2М оптимальной температурой спекания является 1200°С, что на 100°С превышает температуру спекания для железных сплавов. 

Целью работы являлось экспериментальное исследование пространственных характеристик волн, образуемых на свободной поверхности слоя магнитной жидкости, плавающего на несмачиваемой жидкой подложке, под действием вертикально осциллирующего пространственно однородного магнитного поля. Данная работа является продолжением цикла исследований деформации свободной поверхности магнитной жидкости, расположенной на жидкой подложке, под действием вертикального пространственно однородного магнитного поля. 

Методы. В основе метода исследования лежала стандартная экспериментальная установка, состоящая из катушек Гельмгольца, питаемых переменным током. С ее помощью была исследована устойчивость двухслойной системы жидкостей в переменном вертикальном поле. Для эффективной обработки результатов опытов была произведена модернизация оптической части экспериментальной установки, для чего поверхность исследуемой жидкости освещалась светодиодным круговым источником света. Для обработки полученных в ходе эксперимента профилей поверхности магнитной жидкости на основе GNU Octave был разработан авторский алгоритм, позволяющий определить длину генерируемых волн. 

Результаты. Представлены, обработаны и обобщены результаты эксперимента с разными толщинами слоев магнитной жидкости в кюветах разного диаметра. Показано, что длина возникающей стоячей волны уменьшается с ростом частоты переменного магнитного поля, увеличивается с ростом диаметра кюветы и не зависит от толщины слоя МЖ. Волновое число стоячих волн монотонно возрастает с ростом безразмерной частоты колебаний магнитного поля. Все рассмотренные параметры и зависимости справедливы для случая глубокой воды. 

Заключение. В качестве вывода отметим, что полученные в ходе эксперимента результаты расширяют представление о поведении многофазных систем с магнитной жидкостью в магнитном поле.

Цель. Провести численное моделирование электрогидродинамических теплообменных процессов для диэлектрических жидкостей в различных системах электродов. Получить математическую модель численных расчетов электрогидродинамических течений и теплообменных свойств электрогидродинамических систем методом конечных элементов; разработать программу на языке программирования C++, реализующую полученную модель; провести численное моделирование электрогидродинамических течений для диэлектрических жидкостей в различных системах электродов.

Методы. Численное моделирование ЭГД-процессов производилось посредством метода конечных элементов с использованием библиотеки «FreeFem++» для языка программирования C++, реализующей основные алгоритмы данного численного метода решения дифференциальных уравнений в частных производных. В качестве теоретической модели, описывающий ЭГД-процессы, была выбрана трехионная модель. В качестве модели вычислительной гидродинамики была использована k-ε-модель турбулентности.

Результаты. Получена программа, реализующая трехионную модель ЭГД-процессов в численных расчетах электрогидродинамических течений методом конечных элементов для двумерного случая, проведено численное моделирование электрогидродинамических течений, а также расчет плотности инжекционного и примесного заряда, для диэлектрических жидкостей в системах электродов типа «два параллельных провода», «игла над плоскостью» и «плоский конденсатор».

Вывод. Полученная программная реализация применения трехионной модели для численных расчетов ЭГДпроцессов позволяет проводить моделирование ЭГД-течений в различных системах электродов, что может быть полезно для теоретического анализа перспектив применения той или иной геометрии электродов в практических целях.

Цель исследования. Целью данной работы является проведение модельного эксперимента по изучению возможности внешней адсорбционной способности углеродных нанотрубок, содержащих примесные атомы бора в отношении фтора и хлора с применением современных квантово-химических методов расчета, а именно теории функционала плотности.

Методы. С целью уточнения механизмов адсорбции газовых атомов на поверхность бороуглеродных нанотрубок и зависимости данных процессов от концентрации примесных атомов бора были использованы результаты модельных экспериментов, проведенных с применением теории функционала плотности.

Результаты. При увеличении концентрации примесных атомов бора наблюдаются положительные эффекты, обусловленные большей электрической неоднородностью рассматриваемой структуры. Во-первых, при росте концентрации происходит исчезновение потенциального барьера, что делает реализацию адсорбции более вероятной. При этом именно при локализации адсорбционных центров для атома хлора вблизи бора (над центром связи) или непосредственно над В энергия адсорбции принимает максимальные значения, что позволяет сделать вывод об образовании стабильного комплекса, то есть гетероструктура, основанная на равновесной концентрации бора и углерода, является весьма вероятным адсорбентом хлора. Как и в случае с атомарным хлором, наиболее вероятными адсорбционными центрами при присоединении атомарного фтора выступает либо сам атом бора, либо центр связи между бором и углеродом.

Заключение. Модельные эксперименты позволили сделать вывод о том, что введение примесных атомов бора в углеродные нанотрубки делает их перспективным материалом для решения одной из ключевых проблем современного общества – защиты окружающей среды и здоровья человека от вредных газов.

Цель исследования. Изучение особенностей формирования квазикристаллических пленок и условий образования в их структуре квантовых точек как электромагнитных ловушек для электронов или протонов.

Методы. Применен метод моделирования структуры кластеров в приближении абсолютно твердых сфер на принципах плотной упаковки частиц и правила «золотого» сечения.

Результаты. Показано, что в структуре квазикристаллических пленок возможно образование квантовых точек, представляющих собой потенциальные ямы различной формы с квантованным движением электрона или протона. В случае электрона в потенциальной яме такая яма становится источником электромагнитного излучения в ультрафиолетовой области спектра, в случае протона в потенциальной яме – излучение квантовой точки находится в инфракрасной области спектра.

Заключение. При облучении поверхности кристалла протонно-ионными потоками при определенном соотношении диаметров атомов облученного кристалла и ионов облучающего потока на поверхности кристалла может образоваться квазикристаллическая пленка с плотнейшей упаковкой атомов. В структуре квазикристаллической пленки образуются свободные от атомов области размером порядка 1 Å, которые являются ловушками для протонов из облучающего потока, таким образом, появляется квантовая точка. Атомная упаковка квазикристаллической пленки представляет собой упаковку равносторонних ромбов Пенроуза, в вершинах которых находятся центры масс атомов.

Цель. Построение метода анализа результатов температурных измерений при экспериментальном исследовании термомагнитной конвекции в замкнутом гидродинамическом контуре.

Методы. Для проведения эксперимента использовался замкнутый протяжённый гидродинамический контур, изготовленный из тонкой трубки круглого сечения. Подогревался короткий вертикальный участок контура, находящийся в градиентном магнитном поле c амплитудой напряжённости 24 кА/м. Отвод тепла осуществлялся со всей поверхности труб контура путём их обдува термостатированным воздухом. Опыты проводились с коллоидным раствором магнетита в керосине, стабилизированным олеиновой кислотой. Контрольные измерения в нулевом магнитном поле были проведены с использованием чистого осветительного керосина. В режиме стационарного течения вдоль контура устанавливалось экспоненциальное распределение температуры. Показатель экспоненты измерялся. Анализ результатов температурных измерений производился на основании приближённого решения уравнения конвективного переноса тепла на охлаждаемом участке контура. При решении использовалась параболическая аппроксимация профиля скорости и малость молекулярного осевого теплового потока в сравнении с конвективным осевым тепловым потоком.

Результаты. Показано, что измеренного в опыте показателя экспоненты достаточно для получения информации об интенсивности осевого теплового потока. Предложена расчётная формула для числа Нуссельта, учитывающая геометрические параметры контура, свойства жидкости и условия теплообмена. Зависимость числа Нуссельта от теплового числа Релея построена для всех серий измерений. Обнаружено усиление теплопереноса вдоль контура в 3 – 3,5 раз под действием термомагнитного механизма конвекции в сравнении с результатами контрольных опытов.

Заключение. Предложен метод анализа температурных измерений, проводимых при экспериментальном исследовании термомагнитной конвекции в замкнутом протяжённом гидродинамическом контуре. Метод опробован на экспериментальном материале.

Цель исследования. Изучение влияния внешнего стационарного магнитного поля на процесс фотокаталитической деградации метиленового синего в присутствии ультрадисперсных частиц оксида цинка и при воздействии ультрафиолетового излучения.

Методы. Определение степени фотохимической деградации красителя метиленового синего методами оптической спектрометрии проводилось с помощью комплекса спектрофотометрического оборудования на базе спектрофотометров СФ-2000 и HR-2000. Характеризация размерного распределения фотокаталитических частиц оксида цинка с помощью атомно-силовой микроскопии SmartSPM (AIST-NT), элементного состава на сканирующем электронном микроскопе JEOL 6610LV с приставкой энергодисперсионного анализа (Oxford), структуры и фазового состава с помощью рентгенофазового анализа на рентгеновском порошковом дифрактометре EMMA (Австралия).

Результаты. Диспергированные частицы оксида цинка, синтезированные золь-гель-методом, имеют размер от 30 до 120 нм со средним количественным размером 60 нм. Кристаллографическая структура фотокатализатора по межплоскостным расстояниям соответствует монооксиду цинка гексагональной сингонии. Анализ данных процесса фотокаталитической деградации метиленового синего показывает, что фотоактивность частиц оксида цинка значительно увеличивается в условиях действия внешнего стационарного магнитного поля. Так установлено, что в постоянном магнитном поле величиной 0,56 Тл фотокаталитическая активность частиц ZnO увеличивается на 20%.

Заключение. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что введение постоянного магнитного поля позволяет значительно увеличить скорость фотокаталитического разложения метиленового синего. Представленные результаты могут быть применены для промышленной очистки воды от загрязнителей, где, варьируя величину магнитного поля, можно регулировать интенсивность разложения вредных органических веществ.

Цель исследования. Показать возможности использования ионоселективной потенциометрии для оценки соответствия сертификата качества органической кислоты, продукта химической промышленности, заявленному ассортименту и содержанию основного вещества. На примере щавелевой и бензойной кислот продемонстрировать возможность определения точки эквивалентности с использованием стеклянного электрода в качестве индикаторного. Разработать методику оценки соответствия заявленного ассортимента органической кислоты брутто-формуле в сертификате качества сравнением экспериментально определяемой молекулярной массы с расчетной.

Методы. Применена техника потенциометрического кислотно-основного титрования с построением кривых титрования, определением скачка поенциалов и точки эквивалентности. Возможности метода продемонстрированы на примере идентификации щавелевой и бензойной кислот. Показано, что метод потенциометрического кислотно-основного титрования с построением кривых титрования, определением скачка поенциалов и точки эквивалентности можно использовать для определения молекулярной массы малорастворимых в воде органических кислот. 

Результаты. На примере экспериментальных кривых потенциометрического титрования щавелевой и малорастворимой в воде бензойной кислоты показана возможность определения точки эквивалентности по скачку потенциала. На основании закона равенства эквивалентов реагирующих веществ получены формулы для расчета молекулярной массы идентифицируемой органической кислоты и содержания основного вещества. Разработана методика оценки соответствия органической кислоты сертификату качества с использованием кислотно-основного титрования с потенциометрической индикацией точки эквивалентности по отклику стеклянного электрода. Методика применима для оценки качества как растворимых, так и малорастворимых в воде органических кислот. 

Заключение. Ионоселективную потенциометрию с использованием стеклянного электрода в качестве индикаторного можно использовать для определения молекулярной массы и содержания основного вещества слабых и малорастворимых в воде органических кислот, продуктов химической промышленности, с целью оценки их соответствия сертификату качества.