Исследования ТГУ по магнию поддержит РНФ
Три проекта молодых учёных Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) получат гранты Российского научного фонда (РНФ) как победители конкурса среди малых отдельных научных групп.
Конкурс направлен на поддержку и развитие научных коллективов, занимающих лидирующих позиции в определённых областях наук. Гранты по конкурсу выделяются на осуществление фундаментальных и поисковых научных исследований в 2025 – 2026 годах по всем отраслям знаний классификатора РНФ.
Размер одного гранта – до 1,5 млн рублей ежегодно. Одним из его получателей стал Илья Соснин, начальник лаборатории химических методов анализа элементного состава материалов научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ. Его проект – исследование влияния морфологии нано- и микрочастиц нитрида бора на механические свойства магний-матричных композитов.
– Как известно, композит – это многокомпонентный материал. Например, ДСП (древесно-стружечная плита – Прим.ред.) состоит из стружки и клея. Тот же принцип в магний-матричных композитах, но клеем служит магний, а стружкой – нитрид бора. Нано- и микрочастицы, которые могут входить в состав сплава, армируют его и меняют его механические свойства. Моя работа заключается в том, чтобы выявить закономерности, понять, можно ли за счёт формы этих частиц увеличить, например, прочность магниевого сплава, – рассказал Илья Соснин.
Магний-матричные композиты применяются в самых разных областях, в том числе авиационной, автомобильной отраслях. Из них делают, например, блок цилиндров в двигателях внутреннего сгорания.
– Подавляющее большинство блоков цилиндров из чугуна, но бывают и алюминиевые. Алюминий легче, он лучше охлаждается, но при этом с трудом держит форму при высоких температурах, поэтому его пытаются модифицировать наночастицами. Существует идея делать блоки цилиндров для ДВС из магний-матричных композитов, но для этого необходимо придумать какими частицами, какой формы и размеров и как воздействовать на сплав, чтобы изготовленный из него двигатель смог проехать не 50 тысяч км, а 500 тысяч, – объяснил учёный.
Грант РНФ получит младший научный сотрудник НИИПТ ТГУ Виталий Полуянов с проектом «Роль продуктов коррозии в механизме коррозионного растрескивания под напряжением в магниевых сплавах на примере высокопрочного сплава ZK60».
– Проект направлен на повышение стойкости перспективных конструкционных магниевых сплавов к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Мы проведём комплекс испытаний на образцах из промышленного магниевого сплава ZK60, предварительно выдержанного в коррозионном растворе. В этот комплекс входят испытания на растяжение при повышенных и пониженных температурах, анализы, позволяющие установить наличие коррозионной среды в поверхностном слое продуктов коррозии и т.д., – рассказал Виталий Полуянов. – Применительно к магниевым сплавам такой комплекс будет использован впервые. Он позволит существенно расширить понимание природы КРН в этих материалах, что необходимо для создания конструкционных материалов на основе магния с повышенной надёжностью эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред.
Младший научный сотрудник НИИПТ ТГУ Павел Мягких на средства гранта займётся исследованием влияния внутренних напряжений и деформации на коррозионные и коррозионномеханические свойства магниевых сплавов медицинского назначения.
– Работая над своим нынешним грантом РНФ, а до этого – над грантом Российского фонда фундаментальных исследований, я использовал образцы, где исследуемый участок был размечен царапинами, нанесёнными металлическим штихелем. Предполагалось, что царапины – просто средство обозначения нужного участка поверхности и не более. Но эксперименты показали очень неожиданный результат: по царапинам с огромной скоростью распространялась нитевидная коррозия. Я пришёл к выводу, что причина этого – деформация металла при царапании, которая сделала его восприимчивым к коррозии, – рассказал Павел Мягких. – Я провёл литературный обзор и выяснил, что в других материалах внутренние напряжения нужных знака и величины уже давно применяют для улучшения коррозионных свойств, например, для трубных сталей в нефтедобывающей промышленности. В то же время по магнию работ на эту тему практически нет.
Как отметил Павел Мягких, в случае биорезорбируемых (растворяющихся) сплавов, которые используют для изготовления имплантатов, важна не просто коррозионная стойкость, а двухстадийность процесса коррозии.
– Нужно, чтобы сначала, пока кость ещё не срослась, имплантат растворялся очень медленно. А после того, как задача по сращиванию кости выполнена, скорость резорбции увеличивалась. Я считаю, что целенаправленное внесение в поверхностный слой материала определённых внутренних напряжений на этапе производства имплантата может быть ключом к обеспечению этой двухстадийности. Таким образом, несмотря на то, что работа носит фундаментальный характер, её результаты могут быть использованы нашим университетом при производстве биорезорбируемых магниевых винтов и спиц, – резюмировал исследователь.
Производство спиц и винтов из биорезорбируемого магниевого сплава, а также калиброванных прутков для их изготовления запущено в инновационно-технологическом парте ТГУ в ноябре 2024 года в партнёрстве с ООО «Медицинская Торговая Компания» (Санкт-Петербург). Создание биорезорбируемых магниевых имплантатов — флагманский продуктовый проект, с которым ТГУ в 2021 году вошёл в программу «Приоритет-2030». К выпуску инновационного продукта для медицины университет приступил уже в рамках ПИШ «Гибридные и комбинированные технологии».
