Проведен сравнительный анализ поведения оксидов, содержащих железо (III) и железо (IV), в окислительно-восстановительных (ОВ) реакциях с органическими и неорганическими реагентами. Объектом для разработки тест-методов был оксид SrFeO_3–x, полученный методом твердофазного синтеза из SrCO₃ и Fe₂O₃. Установлено, что Fe (IV) проявляет более сильные окислительные свойства, чем Fe (III), на основании чего найдены реагенты, позволяющие идентифицировать Fe (IV): бромоводородная кислота, комплекс Fe²⁺ с , соли V (IV) и Mn (II), а также органические соединения — амины (дифениламин, о-толидин, бензидин) и красители (метиловый красный). Более сильные окислительные свойства Fe (IV) по сравнению с Fe (III) подтверждены потенциометрически различным характером изменения ЭДС в процессе растворения соответствующих оксидов в HCl. Оксид SrFeO_3–x не окисляет в кислых средах Mn (II) до Mn (VII), Cr (III) до Cr (VI), Ce (III) до Ce (IV), а в щелочных — Cu (II) до Cu (III). Поскольку исследуемый оксид окисляет ионы Cl^– = 1,3583 В) и Br^– = 1,087 В) до соответствующих галогенов, но не окисляет Mn²⁺ до = 1,51 В), оценочное значение стандартного ОВ потенциала составляет 1,4 В. Впервые разработанная система аналитических тестов для дифференцирования Fe (IV) и Fe (III) позволит контролировать процессы синтеза сложных оксидов и фазообразования в системах, содержащих железо, щелочные и щелочноземельные металлы.

Для повышения экспрессности определения золота в сплавах на его основе в лаборатории рентгеноспектральных методов анализа аналитического центра Красцветмета была разработана методика рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), в основу которой положена линейная регрессия, устанавливающая связь между содержанием золота в пробе и интенсивностями излучения входящих в анализируемый сплав элементов. Выбранное методами включения влияющего фактора и оценки корреляции невязок с влияющим фактором уравнение регрессии учитывает влияние на интенсивность линии золота таких элементов, как Ag, Cu, Zn, Ni и Pd. Для нахождения коэффициентов линейной регрессии решают систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), для составления которой используют виртуальные градуировочные образцы (ВГО) — результаты анализа реальных проб (интенсивности рентгеновских линий элементов и значения содержания золота, полученные методом пробирного анализа), размещенные в электронной базе данных (БД). ВГО, для которых интенсивности линий элементов близки к измеренным для анализируемой пробы, выбирают из БД с помощью фильтра: для каждого из элементов (металлов) в пробе определяют свое значение фильтра. Созданное нами мультиверсионное программное обеспечение (МВП) для решения СЛАУ, интегрированное в лабораторную информационную систему (LIMS), включает несколько алгоритмов, реализованных на различных языках программирования. Применение разработанной методики позволило значительно сократить время анализа, при этом погрешность результатов определения золота не превышает 0,13 %, что сопоставимо с методом пробирного анализа.

При катодной защите стали в морской воде возможно выделение водорода на поверхности катода и проникновение его в глубь металла. Этот процесс опасен тем, что внедренный при катодной поляризации водород может приводить к появлению водородной хрупкости металла и, как следствие, разрушению изделий и конструкций. В статье представлены результаты исследования влияния температуры и внешних растягивающих напряжений на наводороживание катодно защищаемой стали в спокойной и подвижной балтийской морской воде. Анализировали также ингибирующее наводороживание под действием бензолсульфопиридинхлорида в качестве ингибитора. Для нагружения использовали машину МИП-102 (для проволочных образцов) и специальное оборудование (для полукольцевых и пластинчатых образцов), позволяющее плавно регулировать прилагаемую нагрузку, которую задавали стрелой прогиба и контролировали динамометрами. При исследовании влияния температуры на наводороживание стали рабочую ячейку термостатировали. Поляризацию проволочных и пластинчатых образцов проводили в течение 96 ч, полукольцевых — 1 ч. В процессе испытаний потенциал определяли по отношению к хлоридсеребряному электроду сравнения. Послойное распределение водорода, абсорбированного металлом, оценивали методом анодного растворения. Установили, что увеличение внешне приложенных растягивающих напряжений повышает водородосодержание приповерхностных слоев стали как в спокойной, так и подвижной морской воде. Поглощенный металлом водород вызывает изменение потенциала поверхности материала (чем больше поглощенного водорода, тем сильнее изменение). В движущейся воде водород абсорбируется активнее. Вместе с тем приложение нагрузки не влияет на наводороживание в присутствии ингибитора, способствующего уменьшению водородосодержания в металле.

Представлены результаты исследования фазового состава перспективных фосфатов кальция Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, β-Ca₃(PO₄)₂, α-Ca₃(PO₄)₂, CaHPO₄ · 2H₂О, Ca₈(HPO₄)₂(PO₄)₄ · 5H₂O с помощью рентгеновского дифрактометра с изогнутым позиционно-чувствительным детектором методом наложения рентгенодифракционных спектров. С учетом образующихся в процессе синтеза примесных фаз приведены оптимальные экспериментальные условия (угловые положения рентгеновской трубки и детектора, размер щелей, время экспозиции). Отмечены конструктивные особенности дифрактометра, влияющие на профильные характеристики рентгеновских дифракционных пиков, а также определен состав для его калибровки (смесь ацетата натрия и оксида иттрия). Построенные по литературным данным теоретические рентгенодифракционные спектры для исследуемых образцов перспективных фосфатов кальция использовали для анализа их фазового состава. Установлено, что порошок высокотемпературной формы трикальцийфосфата значительно адсорбирует воду из окружающей среды. Кроме того, на рентгенодифракционных спектрах дикальцийфосфата дигидрата присутствует значительная текстура, а на спектре октакальцийфосфата пентагидрата — лишь один интенсивный пик на малых углах. Для всех образцов фиксировали значительные отклонения зарегистрированных угловых положений и относительной интенсивности дифракционных пиков от теоретических значений. Наиболее эффективным оказался метод графического сопоставления экспериментальных рентгенодифракционных спектров и предварительно зарегистрированных спектров эталонных фосфатов кальция и возможных примесных фаз (в этом случае необходимость калибровки прибора отсутствует). При его использовании общее время анализа одного образца составляло не более 10 мин.

Фрактодиагностика аварийных разрушений позволяет получить данные, имеющие экспертную значимость, а также необходимые для разработки рекомендации по предотвращению аварий, повышения надежности и работоспособности изделий машиностроения и металлоконструкций в различных условиях эксплуатации. Цель работы — выявление методами фрактодиагностики причин преждевременного разрушения технических объектов, эксплуатирующихся в природно-климатических условиях Севера и являющихся источниками повышенной техногенной опасности — автомобильного газового баллона и ветроэнергетической установки. Методами металлографии и фрактографии с использованием основных положений металловедения, физики металлов, физики прочности и разрушения установлена локализация начальных трещин, выявлены микромеханизмы их образования и последующего развития, описана общая картина разрушения. Показано, что основные физико-механические причины разрушения баллона связаны с огрублением и неоднородностью распределения интерметаллидной фазы в материале металлической оболочки (лейнере) и с повышенной шероховатостью ее внутренней поверхности, что создало на ней систему микроконцентраторов напряжений. Причиной обрушения ветрогенератора послужили непровары в сварных соединениях опорной конструкции, на которых зародились начальные трещины. Основной механизм разрушения в обоих случаях — развивающаяся во времени усталость металла, инициированная технологическими микро- и макродефектами. Стадия окончательного разрушения баллона носила динамический характер и включала образование в лейнере системы вязких трещин, их слияние и последующую фрагментацию лейнера. В башне ветрогенератора достижение критической длины усталостной трещины обусловило наступление предельного состояния конструкции и ее последующее хрупкое разрушение. Приведенные примеры разрушений относятся к постепенным отказам, так как обусловлены не внешними причинами, а проявлением заложенных технологических дефектов. Результаты работы могут быть использованы для повышения работоспособности исследованных объектов, обеспечения безопасности их эксплуатации и разработки компенсирующих мероприятий.

В целях обеспечения безопасности длительной эксплуатации трубопроводов в климатических условиях Севера проведена оценка остаточной прочности и технического состояния материала трубы магистрального газопровода диаметром 530 мм из стали 14ХГС. Механические свойства определяли с использованием стандартных методик разрушающих испытаний в лабораторных условиях. Фактические значения трещиностойкости и запаса прочности трубы находили путем натурных испытаний внутренним давлением до разрушения. Такие испытания проводили на стенде, включающем объект исследований и компьютерно-измерительный комплекс, который показывает реакцию объекта на нагрузку. Испытания проводили на фрагменте трубы, который вырезали из линейной части магистрального газопровода и заваривали сферическими заглушками. На наружную поверхность стенки трубы вдоль ее оси наносили надрез, глубину которого рассчитывали таким образом, чтобы разрушающая нагрузка на лигаментное сечение в месте надреза соответствовала рабочему давлению газопровода. Результаты исследований не показали существенных изменений механических свойств металла трубы магистрального газопровода, не получившего видимых коррозионных и деформационных повреждений при длительной его эксплуатации в условиях Севера. Испытания на ударный изгиб не выявили охрупчивания металла труб. Натурные испытания трубы с искусственно нанесенным трещиноподобным концентратором позволили рассчитать значение критического коэффициента интенсивности напряжений, по которому можно оценить остаточную прочность трубы с продольной трещиной. Значение силового критерия механики разрушения свидетельствует о сохранении достаточно высокой вязкости листового металла труб. Подобные испытания применяемых в магистральных газопроводах труб (различных типоразмеров, из разных марок сталей) будут продолжены с учетом диапазонов температур и деградации материала после длительной эксплуатации.

Диагностику несущей способности машин и конструкций, служебных свойств конструкционных материалов проводят разрушающими и неразрушающими методами. В системе неразрушающих методов исследования служебных свойств материалов и изделий особое место занимают радиационные способы, обладающие инструментальными возможностями диагностирования и контроля изменений сплошности твердого тела на разных структурных уровнях. Методом рентгеновской дифрактометрии установлена стабильность напряженно-деформированного состояния образцов конструкционной стали, подвергнутых действию длительных (более 5 лет) статических нагрузок, не превышающих предела текучести материала. Цель данной работы — экспериментальное определение влияния упругих напряжений, постоянно действующих в течение длительного времени, и климатического фактора на изменение полуширины профиля дифракционной линии. Установлено, что прямолинейная зависимость полуширины профиля дифракционной линии сохраняется в диапазоне упругих напряжений, не превышающих 0,5σ_т. Представлены результаты изменения микроструктурного состояния (микродеформаций), полученные по характеристикам профиля дифракционных линий. Экспериментально установлено, что длительное действие малых упругих напряжений при периодическом годовом колебании температур (2013 – 2018 гг.) существенно не изменяет характеристики профиля дифракционных линий образцов конструкционной стали 08пс. Напротив, низкие климатические температуры способствовали устранению отдельных инструментальных погрешностей, обусловленных конструктивными условиями эксперимента. Резкое изменение значений истинной полуширины профиля дифракционных линий при напряжениях σ > 0,5σ_т указывает, возможно, на минимальный предел запаса прочности конструкционной стали 08пс при установлении величины допускаемого напряжения (σ). Обнаруженные новые закономерности изменений микропластической деформации в конструкционных сталях в диапазоне упругих напряжений, соответствующих реальным эксплуатационным нагрузкам, требуют дальнейшего изучения и анализа.

Представлены результаты исследований в области проблем направленного формирования пограничных слоев алмаз – твердосплавная матрица в целях создания высокостойкого алмазного инструмента. Предложены новые подходы к синтезу алмазно-твердосплавных материалов, объединяющие металлизацию алмаза и спекание в одноэтапной технологии. Технология исключает повторный нагрев металлизированного покрытия, при котором происходит его деструкция и усиливается графитизация алмаза (эти явления ограничивают применение метода металлизации для улучшения алмазоудержания и получения высокофункциональных композитов инструментального назначения). Цель работы — анализ структурно-фазового состояния интерфейса алмаз – матрица в алмазно-твердосплавном инструменте, полученном по новой технологии, и основных факторов, определяющих уровень алмазоудержания в присутствии металлизированного покрытия. В работе использованы уникальные высокоразрешающие методы исследования. Методами растровой электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рамановской спектроскопии исследованы элементный состав и морфологические особенности интерфейса алмаз – матрица, проведена идентификация продуктов реакции, в том числе неалмазного углерода. Показано, что введение порошка-металлизатора существенно модифицировало границы контакта и создало условия для улучшения химической и механической адгезии системы алмаз – матрица. Выявлено формирование развитой наносубмикронной шероховатости поверхности алмаза и плотное заполнение имеющихся промежутков нанотолщинными прослойками металла-инфильтрата. Многоуровневая организация высокоструктурированных элементов переходной зоны при минимальной графитизации обеспечила монолитность и прочность соединения алмаз – матрица. Изготовлены опытные и контрольные образцы алмазных карандашей, результаты испытаний которых подтвердили эффективность разработанной гибридной технологии; удельная производительность алмазного инструмента повысилась на 39 – 45 %. Получены новые фундаментально-прикладные результаты в области изучения интерфейсных зон в кристаллических многофазных системах, которые могут быть использованы для регулирования адгезионного взаимодействия на межфазных границах и разработки высокоэффективных композиционных материалов.

Разработан способ определения фрамицетина сульфата в препарате «Фрамидекс» (капли глазные и ушные) методом ВЭЖХ-УФ (λ = 365 нм) с применением 2,4-динитрофторбензола в качестве дериватизирующего агента. Приведены характеристики аналитических методик, определяемые в целях их валидации, и соответствующие критерии пригодности валидируемых методик, предназначенных для контроля качества лекарственных средств (фармацевтических субстанций и лекарственных препаратов). По результатам внутрилабораторного эксперимента по валидационной оценке метода по таким параметрам, как специфичность, предел определения, линейность (коэффициент корреляции — не менее 0,99), правильность (среднее значение — 97,5 – 102,5 %; коэффициент вариации — не более 2,0 %; доверительный диапазон должен включать 100 % значений), сходимость (коэффициент вариации — не более 1,5 %), промежуточная прецизионность (коэффициент вариации — не более 1,5 %), было установлено, что полученные значения метрологических характеристик не превышают валидационных критериев и разработанная методика удовлетворяет всем общеизвестным требованиям GMP (Good Manufacturing Practice).