Российские ученые разработали новый сверхпрочный сплав для авиапромышленности

Участники консорциума «Новые технологии для магниевых сплавов», в рамках которого велась разработка материала, направили заявку на получение патента. Об этом сообщает ТАСС.

Как рассказали в Тольяттинском государственном университете (ТГУ), температура воспламенения нового магниевого литейного сплава выше на 200 °C, чем у лучших образцов подобных сплавов. Разработанный материал способен увеличить эксплуатационную безопасность летательных аппаратов, в конструкциях которых магниевые сплавы используются для снижения веса.

Дело в консорциуме

Консорциум «Новые технологии для магниевых сплавов» был создан в конце декабря 2020 года по инициативе ТГУ. В него вошли Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа), Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (Томск), Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва, Самарский государственный медицинский университет (СамГМУ), а также ООО «Соликамский опытно-металлургический завод» (ООО «СОМЗ») – в качестве индустриального партнёра (предприятия, которое производит товары и услуги за счёт собственных ресурсов).

Формат консорциума позволяет создать гибкую научно-технологическую цепочку по разработке и изготовлению инновационных изделий. В данном случае речь идёт о быстром выводе на рынок изделий из магниевых сплавов, которые могут быть использованы в медицине, машиностроении и аэрокосмической отрасли.

Двуликий магний

Магний считается одним из самых лёгких металлов. Именно поэтому сплавы на его основе востребованы в машиностроении, авиации и космонавтике – их используют для снижения веса изделия. При этом сплав должен быть прочным, пластичным, пожаробезопасным, а также устойчивым к коррозии, износам и температуре.

Магний – материал биосовместимый: он встраивается в организм человека и не вызывает серьёзных побочных явлений. А еще он биорезорбируемый, то есть способен растворяться в живом организме. Такие свойства магния открывают широкие возможности для изготовления из него биорезорбируемых медицинских конструкций.

Компетенции имеют значение

Чтобы в полной мере использовать преимущества магния и создать на его основе сплавы, которые бы обладали заданными свойствами, необходимы компетенции, технологии и производственные возможности. При этом разработка, тестирование материала и получение из него изделий должны проходить в сжатые сроки – такие условия диктует серьёзная конкуренция на международном рынке.

Ответом на эти вызовы и стало создание консорциума «Новые технологии для магниевых сплавов», который сконцентрировал все необходимые научно-технологические компетенции в едином исполнительном пространстве.

Так, в ТГУ с магнием работают три научные группы. С 2005 года ведутся исследования для повышения коррозионной стойкости, тепло- и износостойкости поверхности изделий, в том числе из магниевых сплавов. С 2019 года разрабатываются способы получения пеномагния – высокопрочного пористого материала из магния и его сплавов, который лучше гасит энергию удара при столкновении и механические колебания, – благодаря этому он может быть использован в автомобилестроении и аэрокосмической промышленности. Также в ТГУ есть компетенции в области сварки изделий из магния, что может быть востребовано для разработки технологии 3D-печати.

– Преимущество консорциумов в том, что они позволяют объединять усилия и достигать общих результатов, которых не достичь поодиночке. Мы - медицинский вуз. ТГУ создает, мы тестируем образцы, – рассказывает доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой анестезиологии и реаниматологии, руководитель лаборатории фармакокинетики и таргетной фармакотерапии Медицинского института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарёва Николай Пятаев.

Вуз в рамках консорциума будет заниматься доклиническими испытаниями магниевых сплавов для определения скорости их резорбции, то есть рассасывания, в различных условиях применения.

По словам главного внештатного специалиста по челюстно-лицевой хирургии Минздрава Самарской области, заведующего кафедрой и клиникой челюстно-лицевой хирургии и стоматологии СамГМУ, профессора Ивана Байрикова, необходимость в новых научных данных о магниевых сплавах крайне высока.

– Я, конечно, надеюсь на то, что мы сумеем использовать магниевые сплавы не только в челюстно-лицевой травматологии, но и в других разделах медицины, - поясняет Байриков. – Например, для создания биоинженерных конструкций необходим материал со сквозной пористостью, пустоты которого будут заполняться либо стволовыми клетками, либо аутокостью (фрагментами собственной кости пациента). По мере того как магниевый сплав во введённом в организм имплантате станет растворяться, костный материал будет консолидироваться, сращиваться и восстанавливать поврежденную кость. Это важно при опухолевых процессах и реконструктивных операциях на костях.

Поскольку СамГМУ имеет большой опыт подготовки разрешительной документации для допуска изделий к применению в медицинских целях, он в рамках консорциума отвечает за клинические испытания и разработку методик лечения с использованием магниевых имплантатов.

Позиции на мировом рынке

По мнению экспертов, позиции России на мировом рынке магниевых технологий пока уступают ряду стран.

– Созданный консорциум поможет вывести развитие магниевых технологий в России на новый, более качественный уровень, улучшить позиции нашей страны на мировом рынке в этом направлении, – уверен директор Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (ИФПМ СО РАН) Евгений Колубаев.

У института есть необходимые компетенции для использования пожаробезопасной технологии 3D-печати продукции из магниевых сплавов. «Магний – материал сложный, легко воспламеняется, работать с ним непросто. Тем не менее он весьма перспективен. Наш электронно-лучевой 3D-принтер лучше всего подходит для создания изделий из магниевых сплавов», – отмечает Колубаев.

В ТГУ с 2012 года изучают механизмы деформации и разрушения перспективных магниевых сплавов. Благодаря накопленному опыту на базе лаборатории «Физика прочности и интеллектуальные диагностические системы» была разработана линейка магниевых сплавов, создана технология одновременного повышения их пластичности, прочностных и усталостных свойств.

– Сегодня мировые лидеры по магниевой тематике – это Китай, США, Япония, Австралия и другие страны. Бурный рост интереса к магнию произошел в начале 2000-х годов, ТГУ подключился позже, но благодаря плотной международной кооперации с университетами Сеула, Праги и Кумамото мы смогли достаточно быстро ликвидировать существенное отставание от мирового уровня, а в некоторых направлениях, например, в применении в медицине и пожаробезопасности, даже превзойти конкурентов» – рассказывает директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий ТГУ Дмитрий Мерсон. По его словам, между Центром исследования магния Университета Кумамото в Японии и Тольяттинским госуниверситетом подписан меморандум о сотрудничестве, который в 2020 году был продлён на пять лет.

Производство и инвестиции

Индустриальный партнёр и член консорциума ООО «Соликамский опытно-металлургический завод» будет заниматься выплавкой новых магниевых сплавов высокой чистоты. Для этого у завода есть специальное оборудование, а главное – большой опыт.

– В советские времена мы были в авангарде магниевых технологий, а сейчас Россия очень сильно отстала от зарубежных стран. Компании, институты, которые в этом направлении работают, хотят создать какой-то новый продукт, технологию. Наш завод – производитель сплавов, нам важно быть в курсе всего, что делается в стране по магниевой тематике, и всячески этому содействовать. Что касается учёных ТГУ, мы считаем, что они работают на перспективу, и я верю, что в консорциуме у нас будут хорошие результаты, - говорит директор ООО «СОМЗ» Иван Иртегов.

Необходимые инвестиции для коммерциализации разработок консорциума «Новые технологии для магниевых сплавов» оцениваются в 360 млн рублей. Первые продажи изделий запланированы на 2023 год.