Учёные из Тольятти подчинят коррозию

Российский научный фонд (РНФ) поддержал два проекта учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Оба касаются вопросов управления составом и свойствами материалов для повышения их прочности, износостойкости и стойкости к коррозии.

В 2020 году завершилась реализация трёхлетних проектов отдельных научных групп, поддержанных Фондом в 2018 году. По итогам нынешнего конкурса РНФ было предложено продление реализации 218 проектов, в том числе проекта учёного с мировым именем, заместителя директора научно-исследовательского института «Прогрессивные технологии» (НИИПТ) опорного ТГУ Алексея Виноградова «Научные основы проектирования высокопрочных деформируемых магниевых сплавов с повышенной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением и водородной хрупкости». За счёт средств нового гранта РНФ – 6 миллионов рублей ежегодно – исследование будет проводиться ещё два года.

Один из основных исполнителей – директор НИИПТ ТГУ, профессор Дмитрий Мерсон – разъясняет: «К числу основных проблем магниевых сплавов, сдерживающих их массовое применение, наряду с низкой способностью пластически деформироваться, относится их неудовлетворительная стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН)». Поддержанный Проект направлен на раскрытие природы данного явления с целью разработки научно-обоснованных методов повышения стойкости магниевых сплавов к КРН. Например, за счёт модификации их микроструктуры или поверхности.

Проект по разработке, обоснованию и апробации научных основ создания многокомпонентных наноразмерных модифицирующих систем для плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) алюминиевых и магниевых сплавов вошёл в число 526 впервые поддержанных Фондом проектов, планируемых к реализации в 2021–2023 годах с последующим возможным продлением срока выполнения на один или два года. Размер одного гранта РНФ составит 6 миллионов рублей ежегодно.

Научным руководителем проекта является ректор ТГУ, доктор физико-математических наук, профессор Михаил Криштал, ответственный исполнитель – старший научный сотрудник НИИПТ ТГУ, кандидат технических наук Антон Полунин.

Учёные предлагают преобразовывать поверхности алюминиевых и магниевых сплавов с помощью технологии плазменно-электролитического (микродугового) оксидирования в твёрдые, износо- и коррозионностойкие керамические слои для защиты от механического, коррозионного либо совместного воздействия.

– За счёт применения различных наноразмерных модификаторов и, главное, их композиций из двух и более веществ в формирующийся материал «покрытия» привносятся дополнительные вещества, меняющие свойства получаемых покрытий (оксидных слоёв) в нужную нам сторону и обеспечивающие в итоге нужный комплекс защитных свойств, – рассказывает Антон Полунин. – Например, многие знают, что сталь – это сплав железа с углеродом. Но он активно ржавеет даже в обычных окружающих условиях. А если добавить в сталь хром в нужном количестве, то сталь ржаветь перестанет. Добавите вольфрам, молибден, кобальт и вы получите быстрорежущую сталь, которая может обрабатывать другие конструкционные материалы. Вот и для наших оксидных слоев подобный подход может быть успешно применён.

Отдельно выделяются научная и практическая перспективы развития данного проекта. Как отмечает Антон Полунин, вопросы взаимодействия нескольких веществ в условиях очень высоких температур, плазменных разрядов и быстро протекающих процессов, всегда интересны и «физичны».

На практике технология ПЭО позволит защищать и упрочнять сплавы, из которых изготавливаются корпусные детали и различные элементы систем управления (тяги, рычаги, кронштейны), двигателей внутреннего сгорания и многое другое.

В упрочнении и защите нуждаются и магниевые сплавы, начинающие использоваться сегодня в медицине для сращивания переломов и трещин костей без вреда для человека. С помощью предложенной технологии учёные ТГУ попробуют научиться управлять коррозией таких сплавов и будут «заставлять» материал растворяться в организме с определённой скоростью.

В июле 2020 года РНФ поддержал эту же технологию улучшения служебных характеристик оксидных слоев, но с другим концептуальным подходом – за счёт формирования определенной микроструктуры и напряженного состояния материала покрытий и отработкой и контролем процесса ПЭО в реальном времени по сигналам акустической эмиссии.

На фото: поверхность оксидного слоя (электронная микроскопия).