Сплавы на основе металлов платиновой группы обладают высокой химической стойкостью, что вызывает ряд трудностей при их растворении. На сегодняшний день среди гидрометаллургических методов растворение в царской водке является одним из наиболее эффективных способов вскрытия коррозионно-стойких сплавов. Основной недостаток этого метода — выделение токсичных газообразных веществ, таких как нитрозилхлорид и оксиды азота. Чтобы уменьшить объем выделяющихся газов без снижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) системы в данной работе предложен способ растворения Pt – Rh сплава в HCl – HNO₃ c дозированным добавлением HNO₃ при заданном значении окислитель-восстановительного потенциала системы. Потенциал системы, выбранный на основании потенциалов систем HNO₃ – HCl – Pt и HNO₃ – HCl – Rh, составил 0,85 и 0,9 В. В работе также исследовано влияние дисперсности и дефектности Pt – Rh сплава на показатели его растворения. В результате показано, что растворение Pt – Rh сплава с содержанием родия 15 % в HCl – HNO₃ при постоянном значении ОВП = 0,9 В по сравнению с классическим использованием смеси HCl и HNO₃ в объемном отношении 1:3 позволяет снизить расход азотной кислоты на 40 %, сократить время процесса, увеличить коэффициент извлечения как для платины, так и для родия, а также уменьшить объем выделяющихся оксидов азота в два раза (теоретический расчет). Установлено, что процесс механоактивации сплава сокращает время растворения и приводит к практически количественному растворению образца.

Определение серебра в меди, никеле и сплавах на их основе регламентировано нормативными документами на ряд продукции цветной металлургии. Разработаны условия определения Ag в меди и никеле методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектра на уровне 10^–6 – 10^–5 %. По результатам атомно-абсорбционного определения серебра в растворах Cu и Ni с концентрацией 10 г/л каждого найдены оптимальные температурные режимы программы атомизатора и количество вводимой никелевой основы в стандартные растворы серебра. Для построения градуировочных зависимостей использованы водные стандартные растворы аналита (определение в меди) и водные стандартные растворы аналита с добавкой 10 мг/л нитрата никеля (определение в никеле). Выбранная температура атомизации составила 1600 °C, объем дозирования растворов в графитовую печь — всегда 20 мкл. При определении серебра в высокочистой меди использовали различные температуры стадии пиролиза для измерений с дозированием стандартных растворов аналита — 600 °C, с дозированием анализируемого раствора меди — 800 °C. При определении серебра в растворах никеля температура стадии пиролиза составляла 800 °C. Разработанные условия определения серебра апробированы при анализе высокочистых образцов меди и никеля (стандартные растворы Inorganic Ventures (США) с концентрацией 10 г/л) методом «введено – найдено». Максимальное значение относительной погрешности определений не превышает 13 %. Пределы обнаружения серебра составили: 1,8 · 10^–6 % в меди и 3,2 · 10^–6 % в никеле.

Предложен метод экспрессной характеризации коньяков и виноградных бренди на примере их классификации по географическому происхождению, который основан на использовании информативных фрагментов спектров флуоресценции образцов различного географического происхождения и их обработке с помощью алгоритмов машинного обучения. В качестве информативных были отобраны три вида флуоресцентных спектров: синхронного сканирования при разности длин волн 50 нм, эмиссии при длинах волн возбуждения 250 и 280 нм. Эти спектры были зарегистрированы для 43 образцов коньяков и виноградных бренди, которые по географическому происхождению были разделены на три класса — регионы Российской Федерации, кроме Дагестана, Республика Дагестан и Республика Армения. Из исследованных образцов были сформированы обучающий набор из 33 образцов и тестовый набор из 10 образцов. Для обучения моделей был выбран экстремальный градиентный бустинг — один из современных алгоритмов машинного обучения, пригодный при ограниченном числе образцов в обучающем наборе. Правильность распознавания образцов тестового набора (состоящего из 10 образцов, не использованных при обучении) составила 100 % для моделей на основе спектров эмиссии при длинах волн возбуждения 250 и 280 нм и синхронного сканирования. Полученные результаты демонстрируют принципиальную возможность использования информативных фрагментов спектров флуоресценции в сочетании с машинным обучением для характеризации коньяков и виноградных бренди, в том числе, для их классификации по географическому происхождению. Однако применение этого метода в регламентированных процедурах контроля продукции возможно только для коньяков и виноградных бренди с защищенным географическим наименованием (указанием места происхождения). Изложенный подход может быть также использован для классификации других жидких пищевых продуктов (соков, меда и т.п.).

Пондеромоторная сила сцепления двух постоянных магнитов зависит от их формы. В работе представлены результаты определения оптимальной формы эллипсоидальных магнитов, при которой сила их магнитного сцепления максимальна. Анализировалось взаимодействие двух половинок магнита, представляющего собой эллипсоид вращения, и магнит в виде длинного стержня с эллиптическим поперечным сечением. Получены аналитические формулы для сил сцепления в этих случаях. Для фиксированной массы или объема магнитов решена задача оптимизации силы сцепления и найдена геометрическая форма, при которой сила сцепления будет максимальной. Показано, что в случае магнита в виде эллипсоида вращения максимальная сила сцепления его половинок (в пренебрежении магнитным натяжением на боковые поверхности) достигается при эксцентриситете 0,625958. Величина максимальной силы сцепления превышает силу сцепления половинок однородно намагниченного шарового магнита такого же объема на 1,7 %. При этом площадь сцепления эллипсоидального магнита будет меньше площади сцепления шарового магнита на 28 %. Найдена оптимальная форма стержневого магнита эллиптического сечения с максимальной силой сцепления его половинок при фиксированном объеме магнита. Получена формула для пондеромоторной магнитостатической силы взаимодействия половинок стержневого магнита с эллиптическим сечением и максимальной силой взаимодействия. Численные оценки для спеченного стержневого магнита NdFeB показали, что пондеромоторная сила взаимодействия при радиусе поперечного сечения 5 см может достигать 2 т на 1 м длины. Полученные результаты могут быть использованы при повышении эффективности устройств на постоянных магнитах.

Повышенные концентрации коррозионно-агрессивного диоксида углерода или сероводорода в добываемых и транспортируемых по трубопроводам газе и газовом конденсате приводят к серьезным коррозионным разрушениям на внутренних поверхностях стальных инфраструктурных объектов. В работе представлены результаты исследования коррозионного влияния потока среды по нижней составляющей газопровода, который может носить динамический, прерывистый или статический характер. В процессе испытаний оценивали влияние как динамических условий потока среды на U-образной ячейке, так и статических условий постоянного воздействия водной фазы на стенку трубопровода при пузырьковом тесте (bubble test). Моделирование условий переменного смачивания внутри газопровода показало, что такие условия типичны и имеют место в условиях добычи и транспортировки неподготовленного газа до мест его переработки и очистки. При испытаниях имитировали опасные эксплуатационные факторы, возникающие внутри газопровода: состав водной среды, температуру, содержание коррозионно-агрессивных газов. В ходе определения стойкости сталей к локальным формам коррозии (питтингам, коррозионным язвам) установлено, что скорость развития локальной и общей коррозии стали в агрессивных углекислотных и сероводородных условиях может достигать 2 – 3 мм/год. Кроме того, показано, что применение ингибиторов коррозии для защиты оборудования и трубопроводов газовых объектов может эффективно предотвращать процессы внутренней коррозии. Полученные результаты могут быть использованы при оценке коррозионной агрессивности эксплуатационных сред и подборе для опытно-промышленных испытаний на газовых месторождениях наиболее проверенных ингибиторов коррозии.

К полимерным материалам, использующимся в подвижном составе, в настоящее время предъявляются повышенные требования по стойкости. В работе представлен метод ускоренного проведения и автоматизации экспресс-анализа пропитки полимерных материалов, эксплуатирующихся в различных агрессивных средах, для определения их ресурса работоспособности как уплотнительных изделий. Приведены результаты исследования изменений физико-механических свойств образцов на примере эластомерных материалов, применяемых в качестве разделительных и уплотнительных материалов, выполненных из маслобензостойкой резины МБС-С. В качестве рабочих сред использованы углеводороды на основе минеральных нефтепродуктов с различными коэффициентами вязкости. Установлено, что время пропитки полимера МБС-С, затраченное на испытания по стандартной методике, превышает более чем в 10 раз нормативные сроки проведения ремонтных и регламентных работ. Испытания с использованием разработанной установки экспресс-наполнения показали снижение времени пропитки до приемлемого на производстве уровня. Приведенные математические зависимости процесса наполнения маслобензостойкой резины стандартной рабочей жидкостью и автоматизация контроля наполнения дают возможность прогнозировать изменение стойкости полимерных материалов. Полученные результаты могут быть использованы при наработке базы данных динамики набухания различных материалов, что позволит получать прогнозные ресурсы работы полимеров в агрессивной среде различной этиологии.

К 85-летию Института машиноведения Российской академии наук

Современные объекты энергетики, космического, воздушного, наземного, водного транспорта во время эксплуатации, как правило, испытывают воздействие изменяющихся во времени как основных циклических термомеханических усилий, так и сопутствующих им вибрационных и аэрогидродинамических нагрузок. При этом суммарное число циклов нагружения с учетом длительности службы оказывается в весьма широких пределах. Показано, что общий спектр изменения во времени воздействующих на такие объекты усилий оказывается весьма сложным по уровням нагрузок, частотам и времени их действия. С учетом большой вариации эксплуатационных воздействий по уровню нагруженности, частоте и общему числу циклов нагружения выполнен обобщенный анализ сопротивления деформированию, повреждению и разрушению высоконагруженных объектов современной техники. На основе полученных результатов отмечено, что при комбинированном механическом, вибрационном и аэрогидроакустическом нагружении предельное состояние по критерию циклической прочности с использованием правила линейного суммирования выраженных в деформационных параметрах повреждений будет достигаться раньше, чем при учете в расчетах только основной термомеханической нагруженности. Для обоснования прочности и ресурса рассматриваемых объектов проводят традиционные стандартные и унифицированные механические изотермические испытания на статическое и циклическое нагружение для определения базовых характеристик механических свойств материала, а также специальные механические программируемые испытания с переменными режимами, имитирующими сложные процессы эксплуатационных термомеханических, вибрационных и аэрогидродинамических воздействий. Результаты таких испытаний учитывают в процессе расчетно-экспериментальных оценок прочности и долговечности для соответствующих спектров эксплуатационного нагружения. Уточненный поверочный расчет циклической прочности и долговечности становится все более актуальным для современных машин и агрегатов, работающих в условиях возрастания скоростей их движения, рабочих давлений с повышенными уровнями пульсаций, а также возникновения сопутствующих механических колебаний, вибраций и аэрогидроакустических воздействий.

В полимерных волокнистых композитах межслойная прочность определяется главным образом прочностью матрицы, которая значительно ниже прочности волокон. По этой причине анализ разрушения расслоением чрезвычайно важен для оценки работоспособности композитных элементов конструкций. При проектировании ответственных конструкций необходимо знать значение предела прочности на межслойный сдвиг, поэтому стандартизован метод изгиба короткой балки. В теории изгиба традиционно предполагается независимость касательных напряжений и межслойной сдвиговой прочности от длины и ширины балки. Однако в большинстве экспериментальных работ подтверждается обратное — геометрия образца влияет на значение критических напряжений. Авторами предложен линейный критерий разрушения, позволяющий объяснить и количественно описать зависимость межслойной сдвиговой прочности от геометрии образца. Исследовано влияние неоднородности межслойных касательных напряжений по ширине балки на критические напряжения. На основании строгого решения задачи изгиба показано, что учет уточненного распределения касательных напряжений дает незначительную поправку к определяемому значению межслойной прочности, что позволяет использовать при расчетах простейшее параболическое распределение по высоте. Результаты анализа подтверждаются испытаниями на трехточечный изгиб коротких композитных балок различной ширины. Представлен анализ результатов усталостных испытаний коротких балок из углепластика. С помощью предложенного линейного критерия разрушения установлена связь кривых усталости полимерных волокнистых композитов при растяжении с кривыми усталости, полученными при циклическом трехточечном изгибе коротких балок. Даны оценки масштабного эффекта прочности на основе энергетического критерия расслоения с учетом и без учета уточненного распределения межслойных касательных напряжений.

Исследовано влияние повреждений, вызванных трением и износом, на накопление усталостных повреждений в приповерхностных слоях материала технических систем, работающих при динамическом нагружении. Сравнение данных испытаний образцов из науглероженной стали Cr – Mn – Si при ультразвуковом нагружении в диапазоне до 10⁹ циклов с результатами испытаний образцов стали 45 при постоянной частоте 100 Гц, имитирующей условия при трибологических испытаниях на фрикционную усталость, показало, что во всех характерных диапазонах частот нагружения возникающие повреждения однотипны. При оценке влияния фрикционной усталости на накопление повреждений и вероятность эксплуатационных отказов авторы исходили из предположения о подобии процессов накопления структурных повреждений при циклической и фрикционной усталости. Проведены экспериментальные исследования поведения коэффициентов трения и величины уширения рентгеновских линий, характеризующей изменения дислокационной структуры металлических материалов (сталей и титановых сплавов) при трении, а также кривых фрикционной усталости. Показано, что процесс фрикционно-усталостного разрушения происходит по механизмам мало- и многоцикловой усталости, что может служить обоснованием предложенного подхода. В качестве примера приведены данные расчета вероятности отказов компрессора, основанные на кривых фрикционной усталости в широком диапазоне циклов нагружения, полученных в результате испытаний шейки коленчатого вала. Использование этих кривых дало возможность оценить влияние совместного действия динамической нагрузки и трения, выражающегося в увеличении зазоров, и динамических нагрузок в процессе изнашивания контактирующих деталей на накопление усталостных повреждений, долговечность и надежность в процессе эксплуатации.

(к 70-летию со дня рождения)