Российские ученые разработали новый сверхпрочный сплав для авиапромышленности

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 партнера (предприятия, которое производит товары и услуги за счет собственных ресурсов - прим. ТАСС).

Формат консорциума, объясняют в ТГУ, позволяет создать гибкую научно-технологическую цепочку по разработке и изготовлению инновационных изделий. В данном случае речь идет 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 легких 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 серьезных 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 серьезная 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, 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 - прим. ТАСС). По мере того как магниевый сплав во введенном 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 продлен на пять лет.

Производство и инвестиции

Индустриальный партнер 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 ученых 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.