Отработанные автомобильные катализаторы (АК) занимают особое место среди вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы (сырье ВДМ). Точное определение платиновых металлов в отработанных катализаторах имеет очень важное, а зачастую и решающее значение для оценки экономической эффективности процесса утилизации. В настоящей работе приведен обзор описанных в литературных источниках методов анализа отработанных АК, а также представлены методические разработки института «Гиредмет» совместно с центром «АНСЕРТЭКО» при НИТУ «МИСиС» по анализу АК. Основное внимание уделено применению автоклавного и микроволнового разложения для химической подготовки таких трудновскрываемых объектов, как АК. Отражены преимущества анализа АК с применением метода пробирного концентрирования на базе разработок Екатеринбургского завода по обработке цветных металлов. Разработаны и аттестованы атомно-эмиссионные, атомно-абсорбционные и химико-спектральные методики анализа АК, а также намечены пути их дальнейшего совершенствования.

Проведен сравнительный анализ трех методик определения полихлорированных бифенилов в электроизоляционных жидкостях методом капиллярной газовой хроматографии (ГХ) с детектированием по захвату электронов: ГОСТ Р МЭК 61619–2013, ГОСТ EN 12766-2–2014 и ФР 1.31.2012.13568. Первый метод, требующий определения всех конгенеров в анализируемой пробе, сталкивается с невозможностью идентификации многих из них при их относительно малых содержаниях и наличии мешающих примесей в отработанных маслах. Второй метод, основанный на определении шести выбранных индикаторных конгенеров (28, 52, 101, 153, 138 и 180) и умножении суммы их содержаний на коэффициент 5, дает более высокие результаты, но не позволяет оценить правильность определения. Третий метод, основанный на использовании для градуировки технических продуктов, а для идентификации типа технического продукта и определения его содержания — произвольного числа конгенеров, распределенных по всему интервалу элюирования, дает промежуточный результат по сравнению с двумя предыдущими методами и позволяет оценить неопределенность результата.

Разработана методика определения Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn и Ta во вторичном вольфрамсодержащем сырье для производства твердых металлокерамических сплавов методом АЭС ИСП, включающая предварительное микроволновое разложение проб в автоклаве. Обоснован состав реакционной смеси для перевода пробы в раствор и оптимизированы параметры микроволнового нагрева. Правильность определения элементов с помощью разработанной методики подтверждена методами варьирования навески и «введено – найдено». Результаты определения сопоставлены с полученными безэталонным методом рентгенфлуоресцентного анализа. Методика характеризуется хорошей воспроизводимостью и позволяет существенно сократить время анализа по сравнению со стандартными методиками.

Исследована возможность использования некоторых солей галогенводородных кислот в качестве источника галогенводорода в безводной среде для определения эпоксидных групп. Предложены реагенты на основе NaBr, LiI, KI, KCl в присутствии хлорной кислоты в уксуснокислом растворе для потенциометрического определения эпоксидных групп в органических соединениях и эпоксидных смолах.

Представлены результаты усталостных испытаний стали 30 – 35 ХГС на лабораторной установке оригинальной конструкции, состоящей из усталостной машины, вихретокового датчика и электронного измерительного блока. Приведена структурная схема силового механизма изгиба образца при испытании. Для избежания биения образца выбран способ циклирования при постоянном напряжении. На основании предложенной теории разработан проходной вихретоковый преобразователь (датчик), который представляет собой цилиндрическую катушку из немагнитного материала с двумя обмотками. Представлены конструкция и эквивалентная схема обмоток датчика. Электронный блок измерительного комплекса состоит из низкочастотного генератора синусоидального тока Г-33, электронного счетчика оборотов двигателя, способного автоматически останавливать циклирование образца на заданном числе циклов, и анализатора гармоники С-4. Рассмотрен принцип работы установки. Полученные экспериментальные данные показали, что метод дает возможность в 30 – 40 раз сократить время испытаний, он удобен для определения действительного упрочняющего эффекта от различных видов обработки стали, поскольку позволяет определить предел выносливости до и после упрочнения. Вихретоковым методом можно измерять характеристики очень тонких поверхностных слоев, где, как известно, зарождаются усталостные трещины, поэтому он удобен при исследовании покрытий на сталях без разрушения в процессе испытания.

Приведен критический анализ формы представления связей между временным сопротивлением (пределом прочности) σв и твердостью сталей. С использованием статистического анализа разработаны простые аналитические зависимости, которые более точно, чем известные, описывают связи между твердостями сталей, измеренными по шкалам Бринелля и Роквелла, и их σв. Сопоставлены результаты расчета σв сталей по их твердости с использованием известных и разработанных формул. Разработанные формулы использованы для анализа изменений σв углеродистых сталей под влиянием термических обработок. Дана количественная оценка влияния температур закалки и отпуска на изменения σв углеродистых сталей 35, У8 и У10 по результатам измерений их твердости HRC. С использованием разработанных формул такие результаты могут быть получены для любых сталей по данным измерения их твердости или сведениям о них, приведенным в справочной или научной литературе.

Известные методики оценки трещиностойкости высокотвердых или упрочненных поверхностных слоев материалов вдавливанием пирамиды предназначены для случаев образования радиальных трещин вокруг отпечатка. Однако при вдавливании пирамиды в некоторые типы упрочняющих покрытий, например, из нитрида титана, образуются не радиальные, а кольцевые трещины вокруг отпечатка. Для этого случая трещинообразования предложена методика определения удельной энергии упругопластической деформации, необходимой для образования первой видимой трещины, с использованием кинетической диаграммы вдавливания. По этой энергии возможно сравнение способности покрытий сопротивляться образованию трещин любого вида.

Рассмотрены различные методы определения твердости абразивных инструментов, используемых в настоящее время в Российской федерации и за рубежом. Анализ этих методов показал, что процессы измерения поверхностной твердости инструментов не идентичны процессам взаимодействия рабочей поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью детали. В связи с этим известные методы определения твердости формализованы, носят условный характер и не отвечают сущности физико-механических процессов шлифования. Другим их недостатком является малая чувствительность к изменению структурно-механических свойств инструмента под воздействием различных факторов внешней среды, СОЖ и пр. Предложен маятниковый диспергометр для исследования поверхностной твердости инструментов, имитирующий реальный контакт между их рабочей поверхностью и обрабатываемой поверхностью изделия, а также моделирующий процесс шлифования. Представлена схема маятникового диспергометра, описан принцип его действия, а также приведена подробная методика определения относительной величины твердости через постоянную времени диспергирования. Установлена тесная корреляционная связь между значением твердости, определяемой маятниковым диспергометром, и удельной объемной энергией разрушения при диспергировании поверхности абразивного инструмента. Представлены сравнительные показатели твердости, определенные с помощью маятникового диспергометра и пескоструйного метода. В качестве образцов использованы электрокорундовые инструменты на керамической связке разной зернистости (16, 25, 40) с постоянной твердостью СМ2, которая определена пескоструйным методом по ГОСТ 18118–97. Анализ этих показателей позволил установить, что значения твердости, полученные на маятниковом диспергометре, достоверно отражают реальные условия эксплуатации абразивных инструментов.

Непараметрическая статистика — одна из точек роста современных математико-статистических методов исследования. В непараметрической статистике важное место занимают ранговые критерии, основанные на использовании рангов элементов выборок (результатов наблюдений), а не самих числовых значений элементов выборок. Ранги — это номера элементов выборок в соответствующих вариационных рядах, построенных путем перестановки результатов наблюдений в порядке неубывания. Распределения ранговых критериев получены в предположении, что функции распределения результатов наблюдений непрерывны. Из этого предположения следует, что вероятность совпадения значений случайных величин, образующих анализируемые выборки, равна нулю. Однако в реальных данных встречаются совпадения. Следовательно, неверно предположение, что функции распределения результатов наблюдений непрерывны, а потому известными теоремами о распределениях ранговых статистик, строго говоря, пользоваться нельзя. Тем не менее при небольшом числе совпадений обычно рекомендуют применять ранговые статистики, иногда вводя те или иные поправки. Таким образом, над классической математико-статистической теорией устанавливают дополнительную надстройку в целях учета совпадения данных. Естественно, возникает вопрос о степени обоснованности тех или иных методов учета совпадения данных расчета. Предлагаем вероятностно-статистическую модель, объясняющую появление совпадений и дающую алгоритмы анализа совпадений. Эта модель основана на предположении о появлении совпадений данных в результате «слипания» мало различающихся результатов наблюдений. Поэтому добавляем малую поправку к каждому элементу совпадающей группы результатов наблюдений и в результате получаем выборку без совпадений, для которой рассчитываем значение ранговой статистики. Рассмотрев различные варианты поправок, получаем «облако» значений ранговой статистики. Анализ этого «облака» позволяет получить статистические выводы. В качестве примера рассмотрен двухвыборочный критерий Вилкоксона.

Предложен метод построения базисов (доверительных интервалов для процентилей) с использованием бутстреп-моделирования в качестве альтернативы применяемым в настоящее время подходам. Бутстреп-моделирование — это метод численного моделирования распределений на основе многократного воспроизведения данных без привлечения информации о законах распределения. Поскольку характеристики прочности являются случайными величинами, необходимо статистическое оценивание с построением интервальных данных, чему посвящена настоящая работа. В качестве иллюстрации и пояснения метода показан пример распределения среднего для выборки значений прочности на сдвиг композитов с применением бутстсреп-моделирования. Для построения доверительных интервалов для процентилей распределений значений прочностных характеристик в настоящее время рекомендуется отнести распределение к одному из известных законов (нормальному, логнормальному или Вейбулла), а непараметрический подход обычно дает консервативные (заниженные) результаты, а потому нежелателен, что объясняет необходимость разработки альтернативного метода. Проведено сопоставление B-базисов, определенных по вновь предложенному и по применяемому до настоящего времени методам, на примерах реальных выборок прочностных показателей композитных материалов. Рассмотрены конкретные примеры показателей прочности по сдвигу и растяжению образцов, изготовленных из препрега HexPly методом автоклавного формования.

Рассмотрено применение защитных полимерных пленок в практике рентгенофлуоресцентного анализа. Обобщены данные нормативных документов в части требований к рентгеновским пленкам. Проведены обзор и сравнение физико-химических свойств пленок, реализуемых на территории России. На примере Kα-линий элементов Al, Si и Ti показано влияние типа применяемого полимера на поглощение интенсивности вторичной флуоресценции. Исследована зависимость интенсивности флуоресценции от атомного номера излучающего элемента для различных типов полимеров. Отмечена возможность использования хлор- и серосодержащих пленок в качестве фильтров вторичной флуоресценции. Приведены требования нормативных документов и фактические данные по разнотолщинности на примере полипропиленовой пленки. Рассчитаны снижения и колебания интенсивностей флуоресценции аналитических линий легких элементов в зависимости от неравномерности физико-химических свойств применяемых пленок. Приведена оценка влияния примесных элементов в материале полимера на интенсивность их аналитических линий. Проведен анализ эксплуатационных свойств пленок, на основе которого различные типы полимеров рекомендованы для определенных аналитических задач.

Предложены сравнительно простые формулы для расчета температуропроводности численно-аналитическим методом по несимметричному температурному полю T (x, τ) неограниченной пластины толщиной R, полученному в результате физического эксперимента. Решением обратной задачи теплопроводности значения температуропроводности рассчитывают для каждого временного интервала Δτ_i = τ_i – τ_{i – 1} по температурам в трех точках пластины с координатами x = 0, z, R (0 < z < R) для моментов времени τ_i . Выполнена оценка трудоемкости и точности определения температуропроводности aт(T) по тестовому (исходному) температурному полю стальной пластины толщиной R = 0,07 м, рассчитанному методом конечных разностей с заданной a_и(T) при граничных условиях 2-го и 3-го родов. Функцию a_и(T) задавали ломаной линией, а величина a_и в ходе численного эксперимента изменялась почти в три раза. Среднеквадратичное отклонение a_т(T) от исходной зависимости a_и(T) для всего диапазона времени составило 3 %. Наибольшие погрешности наблюдались после изменения знака производной da_и(T)/dT. На линейном участке функции a_и(T) погрешность определения температуропроводности не превышала 2 %. Метод сравнительно прост и нагляден, обработку данных несложно автоматизировать. Он не требует строгого соблюдения стандартных граничных условий: постоянства температуры среды, потока теплоты, адиабатных условий на одной из поверхностей пластины, что значительно упрощает организацию эксперимента и позволяет проводить его в реальных условиях эксплуатации материала.

Обоснована возможность применения магнитометрического метода анализа (на основе измерения магнитной проницаемости) для определения структурных характеристик образцов ферритно-мартенситных сталей, обладающих высокой устойчивостью переохлажденного аустенита. Структура таких сталей при комнатной температуре состоит из мартенсита и высокотемпературного δ-феррита. Разработана установка, позволяющая измерять магнитную проницаемость и по этим данным определять температуру Кюри образцов при их охлаждении от температур γ-области до комнатной. Основа установки — катушка индуктивности, соединенная параллельно с конденсатором. (Такой колебательный контур был настроен на резонансную частоту в диапазоне 40 – 80 кГц.) В катушку помещали предварительно нагретый до температуры 1100 °C образец. Показано, что относительное изменение индуктивности измерительной катушки вместе с образцом при непрерывном охлаждении зависит от структурного класса испытуемой стали. В случае ферритно-мартенситной стали изменение носит двустадийный характер: вначале (в момент появления ферромагнетизма в феррите) резкий рост (при более высокой температуре), а затем (при дальнейшем охлаждении из-за образования мартенсита) подъем становится более плавным. Для образцов ферритной стали наблюдается только стадия быстрого изменения (при температуре Кюри феррита). В случае стали аустенитного класса резкое изменение магнитной проницаемости отсутствует вплоть до комнатной температуры. При этом рост магнитной проницаемости пропорционален содержанию δ-феррита в структуре. Это позволяет разделять вклад от двух ферромагнитных структурных составляющих — мартенсита и δ-феррита. Предлагаемая методика дает также возможность определять температуры начала и конца мартенситного превращения. Оценены аппаратурные и экспериментальные погрешности разработанного подхода.