Учёные Тольятти научатся управлять коррозией магниевого сплава |
Учёные Тольятти научатся управлять коррозией магниевого сплава Российский научный фонд (РНФ) поддержал
научно-исследовательский проект молодых учёных опорного ФГБОУ ВО «Тольяттинский
государственный университет» - член Ассоциации СРСО - по разработке медицинских
магниевых сплавов для биоразлагаемых имплантатов, обладающих улучшенной
стойкостью к коррозии и механическим нагрузкам. Планируемый размер гранта РНФ
составит 18 млн. рублей на три года – по 6 млн. рублей на каждый год
исследования. По итогам конкурса 2021 года Президентской программы исследовательских проектов «Проведение исследований научными группами под руководством молодых учёных» РНФ поддержит 318 молодёжных научных групп с финансированием в 3-6 миллионов рублей в год. В том числе проект команды 7 молодых учёных Тольяттинского госуниверситета под руководством кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ Евгения Мерсона.
В НИИПТ на протяжении последних пяти лет
работают над биорезорбируемыми медицинскими магниевыми сплавами,
предназначенными для изготовления широкого спектра временных медицинских
конструкций – имплантатов, стентов, винтов и т.д., применяемых, например, для
сращивания костей после повреждений и переломов. В ходе исследования учёные
опорного ТГУ уже разработали технологию получения перспективного
биорезорбируемого сплава системы Mg-Zn-Ca, обладающего высоким комплексом
механических свойств и необходимой скоростью растворения в среде человеческого
организма. Иными словами, изделия из таких магниевых сплавов, в отличие от
традиционных титановых или стальных винтов и пластин, просто растворяются. Их
не нужно извлекать после сращивания путём повторного хирургического
вмешательства, что позволяет пациентам выздоравливать без дополнительных травм
и затрат. Для предотвращения слишком раннего или запоздалого растворения
изделия, по словам Евгения Мерсона, магниевый сплав должен обладать заданной
скоростью коррозии. Обеспечить целостность имплантированной конструкции до
полного заживления организма – задача, которую учёные ТГУ намерены решить в
рамках полученного гранта. При этом важно и то, как сплав реагирует на
коррозионную среду в условиях воздействия внешней механической нагрузки. Под
напряжением развивается коррозионное растрескивание, которое достаточно быстро
может привести к хрупкому разрушению изделия задолго до запланированного
окончания срока его эксплуатации. Чтобы решить проблему учёные исследуют
влияние различных факторов – химического состава (содержание Zn и Ca) и режимов
термомеханической обработки – на микроструктуру, фазовый состав данных сплавов
и их механические свойства при испытаниях на воздухе и в коррозионной среде,
имитирующей плазму крови человека. На практике полученные результаты
позволят модифицировать биорезорбируемые магниевые сплавы, в которых сильно
заинтересованы медицинские учреждения России и других стран. Данные исследования также представляют
интерес для автомобильной и авиакосмической промышленности, где используется
класс деформируемых магниевых сплавов. Таким образом проект развивается не
только как самостоятельное научное исследование, но и органично вписывается в
концепцию научно-образовательного центра (НОЦ) «Инженерия будущего» Самарской
области, занимающегося решением крупных научно-технологических задач, в том
числе, авиастроительной промышленности. Напомним, ТГУ является соучредителем и активным участником консорциума НОЦ
«Инженерия будущего». – Среди известных металлических
конструкционных материалов магний обладает непревзойденной удельной прочностью.
Сразу на 30% можно снизить вес изделия, если заменить алюминиевые сплавы на
магниевые. Транспортное средство начинает работать эффективнее, потребляет
меньше топлива и меньше загрязняет атмосферу, – поясняет Евгений Мерсон. –
Однако и в этой области применение сплавов на основе магния всё еще сильно
лимитировано из-за их низкой коррозионной стойкости и высокой восприимчивости к
коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) и коррозионной усталости.
Таким образом, масштаб и научная значимость проблемы, рассматриваемой в
проекте, не ограничиваются узкой областью биорезорбируемых магниевых
имплантатов, а затрагивают вопрос о надёжности эксплуатации магниевых сплавов в
целом. Закономерности влияния микроструктуры и
химического состава медицинских магниевых сплавов, которые будут установлены в
ходе выполнения настоящего проекта, в будущем вполне могут быть учтены и при
создании единой научно-обоснованной теории КРН магниевых сплавов и других
металлических материалов. |