В работе представлены методология и результаты изучения основных процессов выветривания нефти, таких как испарение, растворение, эмульгирование и естественное диспергирование, при ее разливе в морской акватории. Оценено их влияние на выбор способа ликвидации разливов нефти — механического, физико-химического или термического. Испытания осуществлены с применением различных образцов нефти, добываемой на территории Российской Федерации, с соблюдением гидрометеорологических условий морей, находящихся в умеренных широтах. Установлено, что величина естественного диспергирования нефти в морской воде незначительна, особенно в условиях слабого волнения и в случае разлива битуминозной сверхвязкой нефти. Подтверждено, что наиболее важными процессами выветривания с точки зрения выбора способа ликвидации разлива нефти являются испарение и эмульгирование. В ходе протекания данных процессов физико-химические свойства нефти могут кардинально изменяться. Показано, что потери при испарении для легкой нефти незначительной вязкости много больше, чем для битуминозной сверхвязкой нефти, что отражается на плотности и динамической вязкости образуемых нефтяных остатков. Отмечено, что испарение значительной доли легких фракций нефти может негативно сказываться на эффективности применения диспергентов и сжигания в целях ликвидации последствий загрязнения. Выявлена (вне зависимости от условий) большая склонность к эмульгированию битуминозной сверхвязкой нефти в морской воде, что приводит к получению эмульсий с очень высоким содержанием воды и предельными значениями динамической вязкости. Отмечено, что при выборе способа ликвидации разливов нефти и для моделирования процессов распространения нефтяного разлива нужно учитывать физико-химические свойства нефтяных остатков, образующихся в результате испарения и эмульгирования нефти на водной поверхности. В образцах воды, отобранных после завершения испытаний по изучению процесса растворения нефти, идентифицированы соединения (алканы, циклоалканы, ароматические углеводороды и органические сульфиды), способные изменять ее токсикологические характеристики.

Разработана методика определения папаверина гидрохлорида (ППГ) и дибазола (бендазола гидрохлорида, БДГ) без предварительного разделения методом производной спектрофотометрии (ПСФ) первого порядка при «нулевом пересечении». Изучены спектры поглощения нулевого порядка солянокислых растворов ППГ и БДГ и первые производные спектров, полученные с помощью программного обеспечения (ПО) спектрофотометра при сканировании через 0,1, 0,2, 0,5 и 1,0 нм и дифференцировании (Δλ) от 1 до 80 нм. Установлено влияние Δλ на форму, значения dA/dλ, положение экстремумов и «нулевых пересечений» с осью длин волн производных спектров. Найдены оптимальные параметры дифференцирования для анализа бинарной смеси: сканирование спектра поглощения через 0,2 нм, Δλ = 2 нм, масштабирующий фактор — 100. Аналитические длины волн, при которых концентрации компонентов прямо пропорциональны значению dA/dλ составили 247,2 и 212,6 нм для ППГ и БДГ соответственно. Метод апробирован при анализе модельных растворов, правильность определения подтверждена методом «введено – найдено»: рассчитанное по результатам определения содержание компонентов составило для БДГ — от 97 до 105 %, для ППГ — от 96 до 103 %. Разработанная методика экспрессна, экономична, проста в выполнении, пригодна для рутинного анализа. В соответствии с предложенной методикой проанализировали таблетки «Папазол» двух отечественных производителей: относительное стандартное отклонение результатов анализа не превышало 0,04, проверка правильности методики, проведенная методом Фирордта, подтвердила отсутствие систематической погрешности.

При производстве инструментальных твердых сплавов WC-Co экспресс-контроль качества изделий осуществляют с помощью измерения магнитных характеристик материала. При этом величину коэрцитивной силы (H_C) часто используют для оценки размера зерна WC и твердости сплава (HV), однако не учитывается характер распределения зерен WC по размерам. В работе представлены результаты исследования H_C – HV-свойств сплавов WC-Co c различной микроструктурой. Анализировали образцы серийных сплавов WC — 10 % масс. Co. Показано, что коэрцитивная сила не зависит от ширины распределения зерен WC и определяется величиной среднего размера d_1,0. Твердость HV30, зависящая от ширины распределения зерен WC, определяется величиной d_3,2. На основании полученных зависимостей построена карта свойств H_C – HV с учетом ширины распределения зерен WC по размерам. Установлено, что данные только по коэрцитивной силе не позволяют получить надежную оценку твердости (отклонение может составлять 100 – 120 HV). Вместе с тем совместное определение коэрцитивной силы и твердости дает возможность оценить ширину распределения зерен WC в сплаве. Анализ опытных, спеченных при относительно низкой температуре образцов сплавов с содержанием углерода вблизи нижней границы углеродного окна выявил формирование структуры с равномерно распределенными крупными включениями Co. В такой структуре распределение включений Co по размерам носит бимодальный характер, средний размер включений не пропорционален среднему размеру зерен WC. Кроме того, образование подобной структуры не влияет на твердость сплава, но приводит к значительному уменьшению коэрцитивной силы. Полученные результаты могут быть использованы при контроле свойств твердых сплавов WC-Co и интерпретации экспериментальных данных.

Диффузионно-подвижный водород (ДПВ) в металлах — часть растворенного водорода с высокой диффузионной подвижностью — основная причина холодного растрескивания сварного шва и наплавного металла. В работе представлены результаты технологического контроля ДПВ в сталях. Выявлено, что из-за малых предельно допустимых концентраций в высокопрочных сталях методы измерения, апробированные для металла сварного шва, могут давать кратные ошибки при измерениях. Предложена методика измерения ДПВ, основанная на методе вакуум-нагрева с масс-спектрометрическим измерением потока водорода из образца в процессе его анализа. Разделение потоков ДПВ и более сильно связанного водорода при вакуумной экстракции из образца предлагается проводить по экстракционной кривой. Показано, что при применении такой методики наблюдается хорошая сходимость результатов, и время проведения измерений можно существенно сократить по сравнению с рекомендациями стандартов для металла сварного шва. По результатам сопоставления экспериментальных данных и требований стандартов установлено, что энергия активации ДПВ составляет не более 0,3 эВ. Время экстракции ДПВ при фиксированной температуре анализа существенно зависит от размеров стального образца, из которого проводится экстракция водорода. Это не позволяет ориентироваться только на время и температуру экстракции при отделении ДПВ от связанного водорода, как рекомендуют многие существующие методы измерения массовой доли ДПВ. Полученные результаты могут быть использованы при проведении технологического контроля ДПВ в сталях.

Механизм и кинетика разрушения поверхностных слоев при трении, а также триботехнические характеристики (уровень поверхностного разрушения, коэффициент трения, предельная несущая способность) зависят от структуры, фазового состава и свойств поверхностного эксплуатационного слоя, которые формируются в результате интенсивной контактной упругопластической деформации. В работе представлены результаты оценки условий работоспособности поверхностного слоя при трении конструкционных сталей и сплавов, подвергнутых азотированию. Разработан трибологический критерий качества поверхностного азотированного слоя, предложен комплексный подход к оценке триботехнической эффективности химико-термической обработки конструкционных сталей и сплавов. Исследования азотированной поверхности включали следующие этапы: 1) на основе разработанного трибологического критерия, содержащего микро- и макроскопические характеристики материала зоны контактной деформации при трении, выбор режимов его обработки для обеспечения допустимого уровня поверхностного разрушения в условиях испытаний тяжело нагруженного сопряжения; 2) с помощью метода поверхностной пластической деформации оценка способности азотированного слоя (сформировавшегося в результате обработки по выбранному режиму) воспринимать поверхностную пластическую деформацию без разрушения, что служит обоснованием режимов химико-термической обработки; 3) оценка предельной работоспособности азотированного поверхностного слоя в условиях трения и изнашивания (предельно допустимого (при котором пара работает устойчиво) и критического (после которого пара неработоспособна, но возможна ее эксплуатация при кратковременных перегрузках) давлений, средней суммарной интенсивности изнашивания контактирующей под нагрузкой пары трения скольжения в целом, потерь на трение). Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации технологического процесса химико-термической обработки деталей триботехнического назначения.

Рассмотрены основы методик определения модулей Юнга и сдвига в испытаниях на трехточечный изгиб, их особенности, источники погрешности, способы их минимизации, разные способы обработки данных испытаний и их влияние на кривую сила – прогиб и определяемые по ней модули упругости. При выводе и анализе зависимости прогиба от отношения l длины пролета к высоте поперечного сечения (произвольной формы) и формул для определения модуля упругости однородного изотропного материала (в частности, льдов, керамик, сплавов и дисперсно-наполненных композитов с металлическими, керамическими и полимерными матрицами) учтено влияние деформаций сдвига на увеличение прогиба, существенное для балок-образцов с l < 10. Дана аналитическая оценка систематической погрешности стандартной методики определения модуля упругости, не учитывающей деформаций сдвига, в зависимости от длины пролета, формы и размера поперечного сечения. Показано, что эта погрешность зависит не от модуля сдвига, а от коэффициента Пуассона материала, и составляет 11 – 15 % для балок с l = 5 и около 5 % — для балок с l = 10, а для материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона погрешность значительно меньше. Получены простые уточненные формулы для вычисления модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона материала по двум испытаниям с разными пролетами, устраняющие систематическую погрешность стандартной методики. Существенно, что формула для модуля упругости не зависит от формы и размеров поперечного сечения образца и требует выполнения всего семи арифметических действий. Продемонстрированы возможность применения и высокая точность новой формулы для определения эффективного продольного модуля упругости волокнистых и слоистых композитов на примере данных испытаний на изгиб трех разных по структуре композитов с различными степенями анизотропии (однонаправленный углепластик, тканевый углепластик и тканевый стеклопластик с объемной долей волокон в 61 – 63 %). Погрешность составила менее 2 – 4 %.

Для применения стандартного метода послойного расчета композитных конструкций должен быть определен полный набор упругих характеристик материала, что связано со множеством трудностей. В работе рассмотрены некоторые методы приближенных оценок упругих констант монослоев и симметричных пар слоев композитов, используемых, в частности, для создания сосудов давления. Определена погрешность восстановления упругих постоянных материала на основе известного большего модуля Юнга. Установлено, что на эту погрешность, помимо степени анизотропии композита, существенно влияет разброс экспериментальных данных в используемой выборке свойств композитов одного класса (углепластики, стеклопластики или органопластики), что должно быть учтено при проведении расчетов. Эти выводы проиллюстрированы расчетами напряжений в парах слоев композитного сосуда давления. Сопоставлены результаты методов послойного расчета с применением полного набора упругих констант и с помощью приближенной оценки упругих констант через инварианты преобразования упругих модулей. Показано, что для обладающих высокой степенью анизотропии композитных материалов типа углепластиков, в которых модуль вдоль волокон существенно превосходит остальные упругие постоянные, приближенные методы позволяют проводить расчеты композитных конструкций с приемлемой точностью, не прибегая к громоздким вычислительным процедурам.

Для обеспечения надежности элементов конструкций из полимерных композиционных материалов, работающих в условиях вибрации, необходимо располагать данными о сопротивлении их разрушению вследствие многоцикловой усталости. Традиционный подход к определению характеристик усталостной прочности материалов предполагает проведение длительных дорогостоящих испытаний. Для ускоренной оценки предела выносливости в последние годы активно развивается метод инфракрасной термографии, основанный на использовании эффекта саморазогрева материала при циклических нагрузках, превышающих предел выносливости. Цель данной работы — разработка в рамках метода инфракрасной термографии методики экспериментальной экспресс-оценки предела выносливости полимерных композиционных материалов на примере слоистого углепластика, обоснование выбора контролируемых параметров теплового состояния образцов и обработки результатов. Стандартные образцы из углепластика подвергали блочному циклическому нагружению в цикле растяжение-растяжение на электрорезонансной испытательной машине. В процессе нагружения регистрировали температуру поверхности образцов с помощью прецизионной инфракрасной камеры. Сравнивали четыре варианта обработки результатов испытаний: по максимальной и осредненной по поверхности образца стабилизационной температурам в блоках нагружения, а также по скоростям нарастания максимальной и осредненной температур в начале блока нагружения. Оценки предела выносливости, полученные отмеченными четырьмя вариантами метода обработки термограмм, хорошо согласуются между собой и с результатами стандартных усталостных испытаний. Предложена процедура, позволяющая исключить субъективный фактор при аппроксимации экспериментальных данных о температуре саморазогрева образцов за счет использования коэффициента детерминации R². Применение метода инфракрасной термографии дает возможность существенно сократить количество испытываемых образцов, трудоемкость и продолжительность работ по сравнению со стандартными усталостными испытаниями. Это позволяет рекомендовать предложенную методику для получения экспресс-оценки предела выносливости композиционных материалов на стадии разработки изделий из них — при выборе конструкторских и технологических решений.