Цель. Исследование влияния термической обработки на механические свойства малоуглеродистых и низколегированных арматурных сталей.

Методы. В качестве объектов исследования были выбраны три партии образцов арматурных сталей следующих марок: малоуглеродистая сталь Ст5, низколегированные стали 25Г2С и 30ХГ2С. Первую партию образцов длиной 250 мм подвергали печному нагреву (муфельная печь), закалке и печному отпуску при различных температурах. Вторую партию образцов – стержни длиной 1300 мм подвергали печному нагреву (трубчатая печь), а затем закаливали и разрезали на образцы длиной 250 мм. Одна часть образцов была подвергнута печному отпуску, другая – электроотпуску. Третью партию образцов изготавливали из стержней длиной 2000 мм. После печного нагрева (трубчатая печь) их подвергали закалке и электроотпуску, а затем разрезали на образцы длиной 250 мм. После печного нагрева образцы длиной 250 мм закаливали в воду от температур 850, 880, 900, 910, 930 и 950°С. 

Результаты. Проведены механические испытания. Выявлены  закономерности изменения характеристик механических свойств: временного сопротивления, предела текучести, истинного напряжения относительного удлинения начальной рабочей длины. Установлено, что оптимальная температура закалки арматурного стержня для всех испытанных сталей составляет 900±20°С.  Показано, что проведение электроотпуска обеспечивает лучшие механические свойства по сравнению с печным отпуском в диапазоне температур 250…400°С. Выявлено, что стержневая арматура марок 30ХГ2С, 25Г2С и Ст5, упрочненных волочением в процессе термообработки, а также высокопрочная стальная проволока могут быть подвергнуты электронагреву при 400°С без значительного влияния на прочность стали.

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. Оптимизация процесса получения электроэрозионной шихты бронзы БрС30 для производства спеченных бронзовых сплавов на её основе.

Методы. Для получения экспериментальных порошковых материалов (шихты) использовались: оборудование для переработки металлоотходов в пригодные для промышленного применения металлические частицы, отходы сплава свинцовистой бронзы марки БрС30 в виде стружки (ГОСТ 493-79), рабочие жидкос- ти – углеродсодержащая (керосин осветительный, ГОСТ 11128-65) и кислородсодержащая (вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72).

Исследование размеров полученных дисперсных материалов проводили на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 NanoTec.

Оптимизацию процесса диспергирования отходов проводили по среднему размеру дисперсных частиц методом полного факторного эксперимента типа 2³.

Результаты. В ходе проведения расчетов были рассчитаны оптимумы (максимальные значения выходного параметра ), составившие: для воды – 44,19 мкм при ёмкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, напряжении на электродах 200 В, частоте следования импульсов 200 Гц; для керосина – 53,88 мкм при ёмкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, напряжении на электродах 200 В, частоте следования импульсов  200 Гц.

Заключение. Исходя из представленных результатов исследований и расчетов, можно сделать вывод о том, что средний размер частиц, полученных в керосине осветительном, в 1,2 раза превышает средний размер частиц, полученных в воде дистиллированной, и составляет 44,19 мкм и 53,88 мкм соответственно, что связано с большими потерями энергии электрического разряда на пробой рабочей жидкости ввиду разности диэлектрической проницаемости воды и керосина.

Цель. Разработать и исследовать новую технологию восстановления и упрочнения изношенных деталей машин композиционными гальваническими покрытиями с применением в качестве упрочняющей фазы вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков микро- и нанофракций.

Методы. При проведении экспериментальных исследований использовался образец – металлический круг толщиной 5 мм и диаметром 50 мм. Площадь стороны, которая была подвержена нанесению покрытия, составила 0,1963 дм². Состав электролита, применявшегося в ходе проведения эксперимента, следующий: сернокислое железо 450 г/л; хлористый натрий 250 г/л; температура 100°С;  плотность тока 20 А/дм²; выход по току 90–98%.

В качестве анодов применяли пластины из трансформаторной стали. Пластины имеют удобный для использования форм фактор, общедоступны и имеют химический состав, наиболее близкий к чистому железу. Твердосплавные порошки микро- и нанофракций получали на установке электродиспергирования из отходов сплава Т30К4 в воде.

Результаты. В ходе проведения исследований наносили покрытие стандартного типа (с использованием стандартного состава), а затем – с добавлением экспериментального электроэрозионного порошкового материала, полученного из отходов твердого сплава марки Т30К4, в количестве 5 г/л раствора. В результате проведенных исследований, направленных на совершенствование технологии восстановления автотракторных деталей методом железнения путём введения в электролит упрочняющей добавки на основе электроэрозионных материалов, были исследованы структура и свойства полученных композиционных гальванических покрытий. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, дают возможность получения композиционных гальванических покрытий на основе сернокислых электролитов с добавкой экспериментального электроэрозионного порошкового материала, полученного методом ЭЭД из сплава Т30К4.

Заключение. Изучение композиционных гальванических покрытий является важной и актуальной темой. Данный вид покрытий обладает достаточно большим количеством преимуществ перед так называемыми классическими однокомпонентными покрытиями. Введение специальных добавок в электролит даёт возможность повышать как прочность покрытий, их высокотемпературную устойчивость, так и увеличивать их стойкость к длительной работе в условиях масляного голодания, а некоторые виды композиционных гальванических покрытий также обладают способностью придавать поверхности грязеотталкивающие свойства.

Цель. Исследование влияния термической обработки на механические свойства трехслойных биметаллических материалов, полученных методом непрерывной разливки и их составляющих.

Методы. В данной работе определяли механические свойства трехслойных износостойких биметаллических материалов сталь 60 + сталь 15 + сталь 60; сталь 60 + сталь 10 + сталь 60; У9 + сталь 10 + У9;  ШХ15 + сталь 10 + ШХ15, полученных методом непрерывной разливки в ООО «Тулачермет-сталь», и их составляющих после различных видов термической обработки (закалка, закалка + отпуск). Разливка биметаллов производилась с помощью двух кристаллизаторов, расположенных один над другим в вертикальной плоскости. Верхний кристаллизатор предназначен для формирования основного слоя, нижний – плакирующего. Далее осуществляли прокатку биметалла по следующей схеме: первые 2…4 прохода – вдоль оси сляба, затем до 10…11 проходов – поперек (разбивки ширины) и далее снова вдоль до конца прокатки. После прокатки полосы были выправлены на правильной машине, произведена обрезка концевой и боковой кромок. В итоге были получены листы 7×1465×4037…4471 мм. Для определения механических характеристик проводили испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» образцов для механических испытаний на разрывной машине Р-5.

Результаты. Проведены механические испытания. Выявлены закономерности изменения характеристик механических свойств: временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения начальной рабочей длины, относительного сужения. Показано, что по значению прочностных характеристик исследованные износостойкие биметаллы после прокатки на лист толщиной 7 мм и последующей термической обработки можно расположить в следующей последовательности: У9 + сталь 10 + У9, сталь 60 + сталь 15 + сталь 60, сталь 60 + сталь 10 + сталь 60, ШХ15 + сталь 10 + ШХ15. Низкие свойства биметалла ШХ15 + сталь 10 + ШХ15, вероятно, связаны с заниженным содержанием хрома – 0,48%.

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 исследования. Сформировать пленочную структуру из стабилизированных квантовых точек CdSe/CdS/ZnS методом Ленгмюра – Блоджетт и комплексно охарактеризовать ее с привлечением современных наноинструментальных методов.

Методы. Определение морфологии поверхностей методом атомно-силовой микроскопии; химической структуры по комбинационному (рамановскому) рассеянию света; размеров квантовых точек CdSe/CdS/ZnS, в том числе методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

Результаты. На коллоидной системе квантовых точек CdSe/CdS/ZnS, стабилизированных триоктилфосфином и его оксидом, получено семейство изотерм сжатия ленгмюровских монослоев. Из анализа изотерм установлены рациональные параметры формирования ленгмюровской пленки и ее переноса на твердую подложку. Установлено, что управляющими параметрами формирования квантовых точек в ленгмюровскую пленку являются: температура водной субфазы, поверхностная концентрация квантовых точек. Решающая роль при осаждении пленки отводится скорости движения диппера.

С помощью атомно-силовой микроскопии в пленочной структуре выявлена ее регулярность, определен латеральный размер агрегатов стабилизированных квантовых точек (порядка 50 нм). Методом комбинационного рассеяния света обнаружены продольные оптические фононные моды, характерные для CdSe/CdS/ZnS.

Проведен теоретический расчет положения ленгмюровских барьеров, когда между ними формируется монослойная структура с гексагональной плотной упаковкой квантовых точек.

Заключение. Метод Ленгмюра – Блоджетт, позволяющий формировать квантовые точки в пленочные структуры, выступает в качестве альтернативы, например, элеонным методам, отличаясь автоматизированностью, повторяемостью и неприхотливостью к условиям внешней среды. С помощью метода атомно-силовой микроскопии удается установить рациональный режим формирования ленгмюровских пленок с последующей их комплексной характеризацией.

Цель исследования. Изучить особенности атомной и электронной структуры, элементного и фазового состава, оптических и фотокаталитических свойств наночастиц TiO₂ в зависимости от их размерных характеристик.

Методы. Характеризация размера и морфологии наночастиц диоксида титана с помощью сканирующего электронного микроскопа, оборудованного приставкой энергодисперсионного анализа (Oxford), а также сканирующим зондовым микроскопом OmegaScope (AIST-NT), сопряженным с конфокальным рамановским и флюоресцентным спектрометром; структурных особенностей с использованием дифрактометра малоуглового рентгеновского рассеяния с температурной камерой (–30…120°С); исследование в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектров поглощения образцов с помощью оптического спектрофотометра CФ-2000 в режиме характеризации на просвет; определения люминесцентных линий свечения дефектных уровней кристаллической структуры TiO₂ при облучении высокоэнергетическим спектром света ультрафиолетового диапазона; изучение каталитической активности наночастиц TiO₂ в реакции фотодеградации органического красителя метиленового синего в зависимости от содержания и размерного состава наночастиц.

Результаты. Установлено, что центрифугирование водных диспергированных смесей частиц диоксида титана позволяет получать нанодисперсные системы с предельным размером частиц до 30 нм. Ширина запрещенной зоны увеличивается с 2,98±0,05 эВ до 3,30±0,05 эВ при уменьшении размеров наночастиц от 35 до 20 нм. Показано, что с уменьшением размера частиц их фотокаталитическая активность значительно увеличивается.

Заключение. Предложен способ получения нанодисперсных частиц оксида титана с заданным предельным размером. Размерный эффект оказывает значительное влияние на строение и свойства диоксида титана, что позволяет, установив физико-химические закономерности, создавать на его основе высокоэффективные катализаторы и солнечные преобразователи.

Цель исследования. Динамика вращения масс жидкости, изучение равновесных форм вращающихся жидких тел и их неравновесных состояний традиционно привлекает внимание исследователей. Центральной проблемой настоящей работы является экспериментальное исследование ротационного эффекта в магнитной жидкости. За счет пространственной ориентации наночастиц магнетита под действием внешнего вращающегося магнитного поля макроскопическая капсула с образцом приобретает вращательный момент, величина которого зависит от множества параметров. Обсуждается зависимость ротационного эффекта от частоты и амплитуды внешнего вращающегося магнитного поля, а также от концентрации и вязкости образца магнитной жидкости. 

Методы. Объектом исследования являются магнитные жидкости APG 942 и APG 2135, изготовленные на заводе Ferrotec Corporation (Япония), и их производные, полученные путем смешивания с жидкостями додекан и дуразин. 

Экспериментальные данные получены на установке, представляющей собой торсионный маятник, находящийся во вращающемся магнитном поле. Исследуемые образцы заливаются в сферическую капсулу и подвешиваются на тонкой упругой нити. Размещенная под образцом веб-камера регистрирует угол поворота сферы относительно положения равновесия. 

Результаты. В результате экспериментальных исследований получен массив данных по зависимости величины ротационного эффекта в магнитной жидкости от амплитуды и частоты внешнего магнитного поля. Обсуждается влияние на ротационный эффект концентрации, магнитных характеристик и вязкости образцов магнитной жидкости. Предлагается агрегационная модель ротационного эффекта, описывающая экспериментальные данные с точки зрения образования и разрушения агрегатов и кластеров из магнитных наночастиц. 

Заключение. Результаты работы позволяют анализировать магнитные дисперсные системы с точки зрения их строения и внутренней структуры и могут быть использованы при разработке устройств, основанных на воздействии переменных магнитных полей на магнитную жидкость.

Цель исследования. Комплексная характеризация деградации магнетронных нанопленок из Zr при атмосферном отжиге при температуре до T_an = 973 К, удовлетворяющей условию T_D < T_an < T_m (выше температуры Debye T_D, но ниже температуры плавления  T_m), и качественное описание процессов кластеризации как металлического циркония, так и его окислов.

Методы. Магнетронное распыление мишени из Zr в режиме постоянного тока (мощность  300 Вт, время распыления  300 с, рабочий газ  Ar, расход  0,7 л/ч). Магнетронные нанопленки наносились в установке МВУ ТМ – «Магна Т» на кремниевые подложки (с ИК-подогревом – до 403 К, ионная очистка 60 мА в течение  120 с). Характеризация магнетронных нанопленок осуществлялась методами: рентгенофазового анализа и отжига (T_an) на воздухе в термоячейке AntonPaar (с шагом100 К до 973 К), атомно-силовой микроскопии  и комбинационного (рамановского) рассеяния света (КРС). Фрактальная размерность (D) МН определялась по методу Хаусдорфа – Безиковича. 

Результаты. Гранулометрическое распределение по размерам нанокластеров в пленках из Zr при всех температурах T_an носило гауссов характер. Рассчитаны размеры области когерентности (L) и относительные изменения микродеформаций (ε) по дифрактограммам. Изучены химические структурные изменения при отжиге нанопленок из циркония как по РФА, так и КРС. Установлены температуры фазовых структурных переходов и связанных с ними химических превращений по АСМ изображениям поверхности МН. Заключение. Деградационные изменения, регистрируемые при комплексном использовании наноинструментальных методов при анализе МН (в частности, из Zr) как в исходном состоянии сразу же после МР, так и после отжига в атмосфере с температурами отжига вплоть до T_an =  973 К (T_D < T_an < T_m), показали практическую значимость получаемых количественных параметров, таких как размер кристаллитов, микродеформации, текстуры, фрактальной размерности и шероховатости их поверхности.

Цель. Описание изотерм адсорбции перренат-ионов золошлаковыми отходами тепловых электростанций с позиций моделей Ленгмюра и Фрейндлиха. 

Методы. Сорбцию проводили на модельных растворах в диапазоне концентраций аналита от 0,10 до  0,40 мг/см³ при рН = 2 и рН = 7 в статических условиях. Время контакта фаз составило 60 мин. Контроль содержания рения (VII) в растворах до и после сорбции осуществляли фотометрическим методом. Значения констант определяли графическим способом по линеаризованным изотермам адсорбции.

Результаты. Форма линеаризованных изотерм адсорбции свидетельствует о применимости обеих моделей для описания равновесных процессов адсорбции перренат-ионов. Рассчитанные методом наименьших квадратов значения коэффициентов корреляции для двух моделей адсорбции сопоставимы между собой. Однако наибольшая близость к единице коэффициента корреляции достигается для модели Ленгмюра (при рН = 7: R² = 0,9748 для модели Ленгмюра, R² = 0,9275 для модели Фрейндлиха; при рН = 2: R² = 0,9846 для модели Ленгмюра и R² = 0,9659 для модели Фрейндлиха), что подтверждает образование мономолекулярного слоя на поверхности адсорбента. Предельная адсорбционная емкость золошлаковых отходов тепловых электростанций по отношению к перренат-иону составила 6,211 мг/г при рН = 7 и 5,988 мг/г при рН = 2.

Заключение. Полученные результаты дают основание считать, что процесс адсорбции перренат-ионов золошлаковыми отходами ТЭЦ носит комплексный характер. На начальном этапе сорбция является физическим процессом, в области средних и низких концентраций аналита возможно протекание хемосорбции. Модели адсорбции, выведенные на основании анализа изотерм Ленгмюра и Фрейндлиха, адекватно описывают адсорбционные равновесия.

Цель. Исследование ингибирующего действия некоторых промышленных красителей при кислотной коррозии стали.

Методы. В качестве ингибиторов кислотной коррозии использовали промышленные красители разных классов: кислотный фиолетовый, активный красный 5СХ, прямой диазобордо С, катионный синий, дисперсный желтый 4С, однохромовый оливковый Ж. Величина ингибирующего действия красителя определялась весовым методом. Для определения возможности взаимодействия ионов железа (III) с красителем использовали спектрофотометрический метод.

Результаты. Все красители обладали защитным действием. Вероятно, органическая пленка красителя изолирует металл от коррозионной среды, кроме того, изменяет строение двойного электрического слоя на границе металл/раствор. Это приводит к замедлению как химической, так и электрохимической коррозии. Найдено, что красители с малым ингибирующим эффектом реагируют с ионами железа, образующимися при коррозии с образованием новых соединений, что было подтверждено методом спектрофотометрии.

Заключение. В работе впервые исследованы в качестве ингибиторов такие красители, как кислотный фиолетовый, активный красный 5СХ, прямой диазобордо С, катионный синий, дисперсный желтый 4С, однохромовый оливковый Ж и сопоставлен их ингибирующий эффект со структурой красителя. Выявлено, что красители оказывают ингибирующее действие на кислотную коррозию стали даже при добавлении их в небольших количествах. Наибольшее защитное действие имеют красители, в составе которых присутствует атом азота, соединенный с углеводородными радикалами, а наименьшее – в состав которых входит азогруппа, что подтверждается спектрами поглощения красителей и их смеси с ионами железа. Увеличение концентрации кислоты приводит к снижению защитного действия красителя. С течением времени защитный эффект изменяется неоднозначно. У красителя кислотного фиолетового он снижается на 29,5–37,8%, а у красителя прямого диазобордо С ингибирующее действие, наоборот, с течением времени увеличивается в 1,5–2 раза.