Учёные Тольятти научатся управлять коррозией магниевого сплава
0k7o5ihha71ez05cexq02yprvxh24rur.jpg
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.