Materials. Technologies. Design

Коррозионная стойкость биорезорбируемого магниевого сплава марки МА14, подвергнутого РКУП-Конформ

Рашид Наилевич Асфандияров — 2024-05-03

Актуальной задачей медицинского материаловедения является создание материалов,
подходящих для изготовления из них биорезорбируемых имплантатов. Перспективность
такого применения обусловлена высокой биосовместимостью магния с живыми тканями и
физиологическими средами, а также его способностью постепенно растворяться в процессе
сращивания костей с высвобождением нетоксичных продуктов коррозии. Однако магний
и его сплавы характеризуются низкими механическими и коррозионными свойствами, что
ограничивает их широкое использование в качестве материалов для имплантатов. Один
из возможных способов преодоления указанной проблемы заключается в проведении
термомеханической обработки с использованием принципов интенсивной пластической
деформации. При осуществлении данного подхода решающее значение имеет технологический
режим обработки. В данном исследовании было проанализировано влияние технологических
параметров метода равноканального углового прессования по схеме Конформ (РКУП-
Конформ) на коррозионные свойства магниевого сплава МА14. В ходе исследования были
проведены эксперименты на установке РКУП-Конформ с изменением количества циклов и
температуры обработки. Результаты гравиметрических коррозионных испытаний показали,
что 4 цикла РКУП-К (режим 2) со ступенчатым снижением температуры деформационной
обработки с 400 до 250 °С способствуют формированию наиболее стойкого к коррозии (среди
испытанных режимов) в физиологической среде раствора Рингера структурного состояния
со средним размером зерна 9±2 мкм.

Рассмотрение линейных топологических дефектов в силицене посредством молекулярной динамики и расчётов ab-initio

Игорь Витальевич Косарев — 2024-05-03

Дефекты в двумерных материалах представляют значительный интерес, так как оказывают
существенное влияние на свойства материала. Используя метод молекулярной динамики и
расчеты ab-initio исследуются линейные топологические дефекты в силицене. Силицен имеет структуру выдвинутых сот, представляющую собой двумерную гексагональную структуру
с двумя атомами в элементарной ячейке, один из которых находится выше, а другой ниже относительно плоскости листа. Cилицен может иметь две энергетически эквивалентные структуры, в зависимости от того, какой из двух атомов элементарной ячейки находится выше.
На стыке этих структур образуются топологические дефекты. Такие дефекты не подразумевают
необходимости разрыва связей и не могут исчезнуть из структуры иначе, кроме как аннигиляции таких топологических дефектов разных знаков. Показаны отрелаксированные структуры
линейных топологических дефектов в силицене, подсчитаны энергии дефектов и проводится
сравнение данных молекулярной динамики и данных ab-initio. Подобные дефекты существуют в других двумерных материалах группы IVA, таких как германен, станен, плюмбен и др.
В результате работы посредством ab-initio подтверждено существование данного типа дефектов и предполагаются варианты их экспериментального обнаружения.

Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Mg-Y-Gd-Zr

Елена Александровна Лукьянова — 2024-05-03

Исследована микроструктура и свойства магниевого сплава Mg-3,5Y-5,5Gd-0,3Zr (масс. %)
после горячего прессования и ротационной ковки. Изучено влияние способа деформации
на кинетику распада пересыщенного твердого раствора на основе магния при 200 °С.
Определены механические свойства сплава при комнатной температуре как после деформации,
так и после дополнительного упрочняющего старения. Показано, что деформация приводит
к измельчению зерна литой структуры от ~50 мкм до ~9 мкм после горячего прессования и
до ~16 мкм после ротационной ковки соответственно. После деформации сплав может быть
дополнительно упрочнен в процессе старения, при этом горячее прессование и в большей
степени ротационная ковка способствуют ускорению распада пересыщенного магниевого
твердого раствора. Горячее прессование повышает как прочностные, так и пластические
свойства, в то время как ротационная ковка обеспечивает наибольшее достижение
прочностных свойств с понижением пластичности. После ротационной ковки и старения
в сплаве были получены предел прочности ~485 МПа, условный предел текучести ~460 МПа,
относительное удлинение ~4,5%.

Влияние величины перекрытия треков при мультипроходной обработке трением перемешиванием токопроводящей шины из сплава АД31

Андрей Евгеньевич Медведев — 2024-05-03

В данной работе рассмотрено влияние величины перекрытия треков при обработке трением
перемешиванием (ОТП) на микроструктуру и свойства шины из алюминиевого сплава АД31Т.
В частности, было изучено влияние 6 параллельных треков с перекрытием в 10 мм и 5 мм на
формирование структуры и объемных дефектов в объеме обрабатываемой зоны. Показано,
что проведение ОТП при скорости вращения инструмента 1120 об/мин и линейной скорости
перемещения инструмента 200 мм/мин обеспечивает отсутствие макроскопических дефектов
в объеме обрабатываемой зоны в обоих случаях. Уменьшение величины перекрытия до 5 мм
позволило добиться формирования однородной структуры и отсутствия необработанных зон.
Данный вид обработки при заданных геометрии инструмента и режимах ОТП может быть
рекомендован как способ обработки поверхности и приповерхностного слоя алюминиевых
сплавов для повышения их твердости без существенной потери их электрической
проводимости.

Создание зон улучшенной пассивации на поверхности магниевого биорезорбируемого сплава

Павел Николаевич Мягких — 2024-05-03

Магниевые биорезорбируемые сплавы являются одним из наиболее перспективных материа-
лов для создания саморастворяющихся хирургических имплантатов, таких как винты и пла-
стины для остеосинтеза. В одном из предыдущих исследований было показано, что частицы
вторичных фаз и примесных включений могут способствовать образованию зон улучшенной
пассивации вокруг них. Данная работа посвящена исследованию возможности искусственного создания «зон улучшенной пассивации» для защиты наиболее ответственных участков поверх-
ности магниевых хирургических имплантатов. Было показано, что в случае индентирования
в поверхность сплава ZX10 частиц серебра, висмута и меди желаемый эффект пассивации
достигается. Внедрение в матричный материал частиц железа приводит к его ускоренному
локальному растворению и образованию глубокой язвы в месте индентирования. Внедрение
частиц цинка не оказывает заметного эффекта на коррозионные процессы.

Исследование нанодисперсных частиц в высокоэнтропийном сплаве CoCrFeMnNi после теплой интенсивной пластической деформации кручением

Руслан Камилович Нафиков — 2024-05-03

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) под высоким давлением при комнатной (20 °С) и повышенной температурах на структуру высокоэнтропийного сплава (ВЭС) CoCrFeMnNi. Выявлены динамические процессы фазового
превращения, включающие распад твердого раствора и выделение дисперсных наночастиц.
Микроструктура CoCrFeMnNi была изучена методами просвечивающей (ПЭМ), растровой
электронной микроскопии (РЭМ) и рентгеноструктурного анализа (РСА). Кинетика фазовых превращений была исследована методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). В результате процессов деформационного двойникования в процессе ИПДК при
комнатной температуре происходит значительное измельчение структуры исследуемого ВЭС
до нанокристаллического, размером 50 нм. В свою очередь, в процессе ИПДК при 300 °С начинается процесс динамической рекристаллизации с распадом твердого раствора. В результате
установлено, что повышение температуры кручения приводит к образованию УМЗ структуры
с размером зерна ~400 нм. При этом в отдельных зернах наблюдается выделение нанодисперсных частиц, состоящих из следующих фаз: богатая Cr ОЦК-фаза и тетрагональная σ-фаза. Размер частиц достигает до 10 нм, объемная доля менее 3%.

Анализ коррозионного поведения сплава Ti49.1Ni50.9 после электрохимических испытаний

Анна Александровна Чуракова — 2024-05-03

В данной работе проведены исследования микроструктуры поверхности образцов сплава
Ti49.1Ni50.9 после электрохимических коррозионных испытаний в крупнозернистом (КЗ) и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях в растворах кислот различной концентрации. Увеличение концентрации раствора приводит к значительному ускорению коррозионных процессов
в сплаве Ti49.1Ni50.9 с высоким содержанием Ni относительно стехиометрии. Установлено, что
коррозионный процесс протекал во всех исследуемых состояниях и во всех растворах в виде
образования питтингов, а также с образованием продуктов коррозии при испытаниях в растворах H2SO4 кислоты различной концентрации. При испытаниях в растворе HCl с увеличением концентрации раствора заметно увеличение размеров ямок как в крупнозернистом, так
и в ультрамелкозернистом состоянии. При испытаниях в растворе H2SO4 максимальный размер питтингов достигается в УМЗ состоянии при концентрации коррозионного раствора 3М.
На всех образцах после испытаний в растворах H2SO4 наблюдаются продукты коррозии: в виде
округлых соединений серы (1М), в УМЗ образце после равноканального углового прессования
с концентрацией раствора 3М продукты коррозии имеют прямоугольную форму.

Структура и механические свойства биорезорбируемого магниевого сплава марки МА14, подвергнутого РКУП-Конформ

Рашид Наилевич Асфандияров — 2024-05-03

Применение биорезорбируемых материалов при разработке инновационных медицинских
методик восстановления утраченных функций пациентов является одним из приоритетных
направлений в области медицинского материаловедения. Одним из таких материалов является магниевый сплав марки МА14, обладающий биосовместимостью, однако имеющий при
этом низкие показатели прочности и повышенную хрупкость при обработке, что осложняет его применение для изготовления медицинских имплантатов. Известно, что применение
принципов интенсивной пластической деформации при проектировании термомеханической обработки является одним из современных подходов к повышению комплекса свойств
металлических материалов за счет существенного модифицирования исходной структуры
до ультрамелкозернистого или нанокристаллического состояния. Примером реализации
такого подхода является метод равноканального углового прессования по схеме Конформ
(РКУП-К). В данной работе проведено исследование влияния технологических параметров
РКУП-К на структуру и механические свойства магниевого сплава марки МА14. В рамках исследования проводились экспериментальные исследования на установке РКУП-К с варьированием количества циклов и температуры обработки. Анализ результатов структурных исследований полученных лабораторных образцов показал, что наблюдается протекание процесса
динамической рекристаллизации и существенное измельчение структуры с 50±10 мкм в исходном состоянии до 5±3 мкм после 6 циклов РКУП-К со ступенчатым понижением температуры. Механические испытания образцов в данном структурном состоянии свидетельствуют
о заметном повышении предела прочности и предела текучести до 330±7 МПа и 250±5 МПа,
соответственно. Относительное удлинение при растяжении при этом составило 28±1%.

Влияние режимов испытаний на коррозионную стойкость сплава Zn-1Fe-1Mg

Эльмира Дамировна Абдрахманова — 2024-05-03

Биорезорбируемые цинковые сплавы все чаще рассматриваются как перспективные материалы для медицинских имплантатов и сосудистых стентов, поскольку они обладают меньшей скоростью коррозии в физиологической среде по сравнению с магниевыми сплавами. Вместе с тем изделия, сделанные из цинковых сплавов, должны обладать контролируемой скоростью коррозии для обеспечения нужного временного интервала для восстановления организма.

Известно, что при определении скорости коррозии важную роль играет выбор метода испытаний и его параметров (коррозионная среда, температура окружающей среды, время выдержки образца в коррозионной среде). В настоящей работе был использован гравиметрический метод, основанный на точном измерении массы вещества до и после испытаний. Поверхность образцов, подвергнутых коррозионным испытаниям, исследовали с применением методов сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа.

Целью настоящей работы является определение влияния времени выдержки образцов в коррозионной среде, а также периодичности очистки поверхности на коррозионную стойкость биодеградируемого цинкового сплава Zn-1Fe-1Mg. Показано, что при одинаковых условиях испытаний, но при разной периодичности очистки поверхности скорость коррозии может отличаться в 3,8 раза.

Модификация кремния в условиях синергии высокоинтенсивной имплантации ионов титана и энергетического воздействия мощного ионного пучка на поверхность

Александр Валерьевич Гурулев — 2024-05-03

Методы модификации поверхностных и приповерхностных слоев материалов и покрытий
ионными пучками находят применение во многих областях науки и техники. Развитие методов
глубокого ионного легирования приповерхностных слоев полупроводниковых материалов,
а также металлов и сплавов благодаря усилению радиационно-стимулированной диффузии
в условиях, когда глубокие слои облучаемого образца не подвергаются значительному температурному воздействию, представляет значительный интерес для практической реализации
технологий направленного улучшения эксплуатационных свойств деталей и изделий различного назначения. Настоящая работа посвящена исследованию особенностей и закономерностей
реализации синергии высокоинтенсивной имплантации ионов титана при плотностях тока
в несколько сотен миллиампер на квадратный сантиметр с одновременным энергетическим
воздействием на поверхность пучка ионов субмиллисекундной длительности с плотностью
мощности, достигающей нескольких десятков киловатт на квадратный сантиметр. Впервые
показано, что синергия высокоинтенсивной имплантации ионов и энергетического воздействия пучка ионов высокой плотности мощности, на примере имплантации титана в кремний,
обеспечивает возможность роста глубины ионного легирования от долей мкм до 6 мкм за счет
увеличения времени облучения от 0,5 до 60 мин.