В ТГУ улучшают сплавы магния и алюминия
Российский научный фонд (РНФ) поддержал грантами исследования двух учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Цель одного из проектов – управлять скоростью растворения биорезорбируемых магниевых сплавов, используемых в производстве медицинских имплантатов, второй проект посвящён улучшению свойств сплавов из алюминия, применяемых в авиации и машиностроении.
В Российском научном фонде подвели итоги двух конкурсов проектов фундаментальных и поисковых научных исследований, выполняемых отдельными научными группами. По результатам экспертизы поддержку получили 622 проекта со всей страны. В числе победителей директор научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ, профессор Дмитрий Мерсон и Начальник научно-исследовательской лаборатории «Механическая обработка и технологии управления поверхностным слоем» ТГУ Ренат Каменов. Размер каждого гранта РНФ составляет от 4 до 7 миллионов рублей ежегодно.
Проект Дмитрия Мерсона «Количественная оценка связи анизотропии коррозионных процессов с кристаллографической текстурой для научно обоснованного прогноза скорости коррозии в изделиях из магниевых сплавов» вошёл в число 168 победителей конкурса на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами РНФ в 2023 году.
Магний – один из самых лёгких конструкционных материалов, и его уникальное свойство заключается в биологической совместимости с организмом человека и способности полностью растворяться, не нанося вреда. Именно это делает магниевые сплавы идеальными для создания временных медицинских имплантатов – винтов и спиц, которые должны фиксировать кость до её срастания, а затем бесследно растворяться и выводиться из организма, избавляя пациента от повторной операции.
– Но есть серьёзная проблема: магний растворяется слишком быстро и крайне неравномерно, причём скорость разрушения зависит от направления – это явление называется анизотропией коррозии. Причина кроется в кристаллографической текстуре, то есть особой ориентации кристаллических зёрен внутри металла, которая возникает при его обработке – прокатке или экструзии. Проект 2023 года был направлен на выяснение роли текстуры в формировании комплекса коррозионных и механических свойств магниевых сплавов. Несмотря на существенный прогресс в понимании причин анизотропии коррозионных процессов в текстурированных магниевых полуфабрикатах, имеющиеся в настоящий момент знания о природе этого явления пока не позволяют в полной мере использовать потенциал целенаправленного текстурирования для управления процессом резорбции реальных изделий, например, имплантатов пластинчатого типа. Для этого требуются дополнительные исследования как фундаментального, так и прикладного характера. Установление законов формирования анизотропии коррозионного процесса позволит организовать «правильные» текстуру и распределение частиц вторых фаз, обеспечивающие либо полное устранение этой анизотропии, либо пониженную скорость резорбции избирательно для рабочих поверхностей имплантатов, которые непосредственно взаимодействуют с агрессивной средой, – говорит Дмитрий Мерсон.
Практический результат для медицины – создание биорезорбируемых магниевых имплантатов с заданным, точно рассчитанным сроком службы, который соответствует времени срастания кости. Такие имплантаты, выполнив свою функцию, полностью растворяются и выводятся из организма пациента, не причинив вреда. Контрактное производство биорезорбируемых имплантатов ТГУ запустил в прошлом году на площадке собственного технопарка в партнёрстве с ООО «Медицинская Торговая Компания» (Санкт-Петербург). Это один из продуктовых проектов Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии». Результаты поддержанного грантом РНФ проекта Дмитрия Мерсона позволят не просто выпускать такие имплантаты, а целенаправленно совершенствовать технологию их производства, делая скорость растворения предсказуемой и управляемой, как того требует клиническая задача.
Одним из 454 победителей основного конкурса проектов отдельных научных групп стал начальник научно-исследовательской лаборатории «Механическая обработка и технологии управления поверхностным слоем» ТГУ Ренат Каменов. Его проект «Разработка научных основ технологии снижения открытой пористости на обработанных поверхностях алюминиевых сплавов при поверхностном пластическом деформировании» посвящён сплавам из алюминия, которые широко используются в авиации и машиностроении.
– Суть проекта – разработать технологию, которая поможет уменьшить открытую пористость на поверхности алюминиевых деталей после обработки. Проще говоря, речь идёт о том, чтобы сделать поверхность более плотной и герметичной, чтобы снизить риск утечек, коррозии и преждевременного износа деталей, – поясняет Ренат Каменов.
Для этого учёный предлагает использовать метод поверхностного пластического деформирования.
– В ходе исследований мы определим условия, при которых поры на поверхности можно эффективно «закрывать», а также разработаем модели и методы контроля качества обработки. Практическая ценность в том, что новую технологию можно встроить в существующий процесс финишной механической обработки без изменения этапов изготовления заготовок. Это должно повысить надёжность деталей, уменьшить количество брака и сократить затраты на доводку, – отмечает Ренат Каменов.
Проект реализуется в рамках программы «Приоритет 2030» (нацпроект «Молодёжь и дети»), участником которой Тольяттинский госуниверситет является с 2021 года.