Исследования ТГУ по магнию поддержит РНФ

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 парке 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».