Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Микрофотография представленная на рис. 6с представляет материал, состояние которого образовалось в результате облучения ионами дейтерия большой дозой (1,33×1018D/см2) при температуре 295 К. В этих экспериментах важной особенностью облучения образцов является одновременное воздействие радиационного и внедрение атомов дейтерия. В результате этого происходит формирование структуры, устойчивой по отношению к воздействию имплантации ионов дейтерия (радиационностойкая структура) и при этом практически весь вновь имплантируемый дейтерий десорбируется из стали. Образовавшаяся структура, как видно на рис. 6с, состоит из наноразмерных кристаллитов и развитой сетью межкристаллитных границ, основу которых составляет аморфное состояние стали. В структуре стали, облученной ионами дейтерия при температуре 600 К не формируется структура из наноразмерных кристаллитов и развитой сетью межкристаллитных границ (рис. 6д).

Выводы. При насыщении аустенитной коррозионностойкой стали Х18Н10Т дейтерием с помощью ионной имплантации происходят структурно-фазовые изменения в зависимости температуры стали и от дозы имплантированного дейтерия.

Температура 100 К. Определено, что предельно достижимая концентрация дейтерия в стали составляет С=1 ат.D/ат.мет. При концентрациях С≥0.5 в стали образуются две гидридные фазы температура распада которых 240 К и 275 К.

Температура 295 К. В процессе имплантации ионов дейтерия в стали формируется структура, устойчивая по отношению к воздействию имплантации ионов дейтерия (радиационностойкая структура) вследствие чего практически весь вновь имплантируемый дейтерий десорбируется из стали. Суммарная концентрация накопившегося дейтерия в области средних доз составляет 7–8 ат.%D.

Температура 380; 420; 600 К. В спектре ТД дейтерия наблюдается протяженная область десорбции дейтерия в диапазоне температур 450-1200 К, обусловленная формированием локальных структурных выделений вызванных сегрегацией компонента стали. Концентрация удерживаемого дейтерия снижается до ~1 ат.%D.

Литература

1.Rybalko V.F., Morozov A.N., Neklyudov I.M., Kulish V.G. Observation of new phases in Pd-D systems // Phys.Lett. 2001. – Vol. 287A. – P. 175-182.

2.Neklyudov I.M., Morozov O.M., Kulish V.G., Zhurba V.I., Khaimovich P.A., Galitskiy A.G.. Hydrogen diagnostics of structural states in 18Cr10NiTi steel // Journal of Hydrogen Energy.

–2011. – Vol. 36. – P. 1192-1195.

3.Неклюдов И.М., Морозов А.Н., Кулиш В.Г. Температурные диапазоны стабильности гидридных фаз системы TiD // Материаловедение. 2005. – №11. – C. 45-56.

4.Morozov O.M., Zhurba V.I, Neklyudov I.M., Mats O.V., Rud A., Chernyak N., Progolaieva V.O. Structural transformations in austenitic stainless steel induced by deuterium implantation: irradiation at 100 K //Nanoscale Research Letters. 2015. – Vol. 10. – 154.

5.Morozov O.M., Zhurba V.I, Neklyudov I.M., Mats O.V., Progolaieva V.O., Boshko V. Structural Transformations in Austenitic Stainless Steel Induced by Deuterium Implantation: Irradiation at 295 K // Nanoscale Research Letters. 2016. – Vol. 11. – 44.

Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина

O.M. Morozov, V.I. Zhurba, O.V. Mats, V.O. Progolaieva, V.V. Selyukova

STRUCTURAL TRANSFORMATIONS IN AUSTENITIC STAINLESS STEEL INDUCED BY DEUTERIUM IMPLANTATIONAT DIFFERENT IRRADIATION TEMPERATURES.

QUANTITY RETENTION DEUTERIUM

197

The kinetics of structural transformation development in the implantation steel layer was traced from the spectra of deuterium thermal desorption as a function of implanted deuterium concentration. At saturation of austenitic stainless steel 18Cr10NiTi with deuterium by means of ion implantation, there occur structural-phase changes depending on the dose of implanted deuterium.

The maximum attainable concentration of deuterium in steel is C=1 (at.D/at.met.=1/1). At C≥0.5, two hydride phases are formed in the steel, the decay temperatures of which are 240 K and 275 K. At a temperature of 295 K, the TDS from steel show three temperature regions of deuterium desorption: (1) the peak with the maximum temperature Tmax= 380 K (solid solution of deuterium in steel) with deuterium concentration of 2.5 to 3 at.%D; (2) the peak with Tmax=440 K and the retained deuterium concentration of 7 to 8 at.%D; (3) the region in a wide temperature range from 450 to 900 K with Tmax~500 K.At temperatures of 380 K, 420 and 600 K, the TDS show an extended region of deuterium desorption in the temperature range from the radiation temperature up to 1200 K, treated as being due to diffusion processes in the implantation layer. In this case, structureless regions are formed along the crystal- lite-local structure boundaries; steel components segregation also takes place

Kay words: austenitic stainless steel, deuterium implantation, irradiation temperatures, structural transformation, deuterium concentration

National Science Center «Kharkiv Institute of Physics and Technology», Kharkiv, Ukraine

УДК 615.322.272.015

И.Н. Мельников1, М.Ю. Захарченко1, С.Я. Пичхидзе1, Д.В. Кайргалиев2

БИОРАЗЛАГАЕМАЯ НАСАДКА НА РЕСПИРАТОР ОТ ОТРАВЛЕНИЯ МОНООКСИДОМ УГЛЕРОДА

Работа посвящена созданию биоразлагаемой композитной насадки с помощью 3 D принтера для расширения возможностей респиратора РПГ – 67 по защите от монооксида углерода (угарного газа). Насадка обеспечивает качественно новый уровень защиты человека при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, сопровождающихся выбросами в атмосферу CO

Ключевые слова: 3 D принтер, композитная насадка, монооксид углерода, РПГ-67, чрезвычайная ситуация

Устойчивая тенденция роста числа природных и техногенных катастроф, сопровождающихся разрушением, возгоранием промышленных, жилых объектов и приводящих к выбросу монооксида углерода CO, существенно обостряет проблему создания новых высокоэффективных средств индивидуальной защиты органов дыхания человека, СИЗОД.

Цель работы: исследование возможности создания композитных насадок с использованием 3 D принтера для простейших СИЗОД.

Среди простейших технических СИЗОД наибольшее распространение получили респираторы, в частности РПГ-67. Однако данный респиратор со сменными сорбционными патронами не способен эффективно защищать от вредного воздействия ряда веществ и, в частности, от СО. Нами предлагается использовать простейшее техническое устройство (насадку) для расширения защитных свойств респиратора [1-3].

Создание насадки может осуществляться методом штамповки с использованием прессов, позволяющих деформировать материалы с помощью механического воздействия. Однако данный метод применим для массовых изготовлений изделий в промышленных объемах. Для опытных образцов насадок нами предлагается использовать 3 D печать с использованием композитных материалов. Самым популярным расходным материалом является ABS пластик. Особая структура этого вида «расходника» позволяет выдерживать сильное механическое воздействие. Такой пластик относится к ударопрочной группе и если сравнить ABS с обыкновенным полистиролом, то он в значительной степени превосходит другие аналоги в плане механической прочности и жѐсткости. Среди других достоинств можно отметить тот факт, что данный вид пластика выдерживает температурную нагрузку в 100 C°. Этот расходный материал также можно использовать для нанесения гальванического покрытия, в сфере вакуумной металлизации и даже для спайки контактов. Он отлично подходит для сварки или точного литья. Материал обладает высокой размерной стабильностью. Распечатанные объекты имеют блестящую поверхность (уровень блеска можно регулировать). Среди огромного списка достоинств можно отметить стойкость к щелочам, кислотам, углеводородам, жирам.

198

Однако он прекрасно растворяется в ацетоне, эфире, бензоле, этилхлориде, этиленхлориде, анилине и анизоле. Основной недостаток – чувствительность к воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков. Данный материал характеризуется низким уровнем электроизоляции. Другой вид композитного материала это PLA пластик или полилактид является самым экологически чистым и подходящим расходным материалом для трѐхмерной печати. Данный вид пластика представляет собой термопластичный полиэфир, который создаѐтся из биологических отходов (сахарная свекла или силос кукурузы). Его мономером является молочная кислота. Распечатанные объекты имеют отличный уровень скольжения и из такого пластика даже можно производить подшипники скольжения.

Чаще всего такой материал используется для изготовления детских игрушек потому, что PLA пластик обладает наименьшим уровнем токсичности. Единственным недостатком полилактида является недолговечность и постепенное разложение. Материал отлично подходит для большой и маленькой печати. Стоит заметить, что для повышения прочности изделия, полилактид можно смешать с ABS пластиком.

Еще один вид материала для 3 D принтера это нейлон. Нейлон похож на популярный расходный материал – ABS пластик, однако обладает лучшей сопротивляемостью высокой температуре печати и способен впитывать влагу. Недостатком нейлона является более высокий срок застывания и необходимость откачки воздуха из экструдера.

Наш выбор остановился на полилактиде (PLA-пластик). Это натуральное природное сырье в составе PLA-пластика позволяет без угрозы для здоровья человека применять его для различных целей. Полилактид применяется для производства экологически чистой биоразлагаемой упаковки, одноразовой посуды, средств личной гигиены. Биоразлагаемые пакеты из полилактида используются в крупных торговых сетях. Ввиду своей биосовместимости, полилактид широко применяется в медицине, для производства хирургических нитей и штифтов, а также в системах доставки лекарств [4-5].

Насадка изготавливалась на 3D принтере Ultimaker2 из полилактида. Насадка надежно крепится на сорбционном патроне за счет крепежного механизма (защелок), рис. 1-3. Внутрь пластмассовой насадки помещаются диски нетканого волокна на основе ПАНПВДФ, пропитанного нейтрализаторами (окислителями) CO. Дополнительно свободный объем насадки может заполняться цеолитом, Al2O3, гидроксидом алюминия Al(OН)3+ бемитом AlO(OH), а также хлористым палладием и оксидом меди. Эффективность окисления СО нейтрализующими компонентами насадки оценивали с помощью детектора, рис. 4.

199

В таблице представлены результаты исследований оценки защитных свойств известных сорбционных материалов из РПГ-67 и предлагаемых нами. Полученные результаты, свидетельствуют о высокой эффективности защитных свойств разработанной насадки от монооксида углерода. Использование одного катализатора в сорбционном патроне защитит человека на продолжительное время от угарного газа, но, на наш взгляд, не будет эффективным для защиты от остальных вредных веществ. Таким образом, перспективным направлением является сочетание активированного угля в сорбционном патроне с предлагаемым катализатором в разработанной насадке.

Оценка защитный свойств сорбционных материалов

Выводы: Разработана биоразлагаемая композитная насадка для простейших средств индивидуальной защиты органов дыхания и технология ее получения, обеспечивающая качественно новый уровень защиты человека при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, сопровождающихся выбросами в атмосферу CO.

Литература 1. Мельников И.Н., Захарченко М.Ю., Пичхидзе С.Я. Новые средства защиты орга-

нов дыхания человека от паров ртути. В сборнике: Научная дискуссия: вопросы юриспру-

200