Команда ученых Тольяттинского государственного университета занимается разработкой современных сплавов на основе магния, чрезвычайно востребованных сегодня в медицине, авиации, автомобилестроении. В вузе рассказали об особенностях, перспективах и преимуществах применения таких материалов.
Магниевое направление развивается в ТГУ давно, и в сфере исследований этого материала университет является одним из ведущих в России. Серьезный толчок был дан в 2010 году, когда разработки тольяттинцев поддержало правительство РФ: на конкурсной основе университет получил мегагрант на создание лаборатории под руководством ученого с мировым именем D.Eng. (доктора технических наук), профессора Алексея Виноградова. Для выполнения этой задачи он вернулся из Японии в Россию. В дальнейшем правительство РФ продлевало финансирование по мегагранту.
Магний - достаточно универсальный металл, и соединения на его основе могут применяться в различных сферах. Научный поиск в ТГУ ведется разнонаправленно: это и технологии создания новых сплавов, их сварки, и образование вспененных композитов, и генерация защитных (износостойких) слоев на поверхности изделий. Всем этим в ТГУ занимаются четыре группы ученых под руководством профессоров Дмитрия Мерсона, Михаила Криштала, Александра Ковтунова и Валерия Ельцова.
Если изначально речь шла в основном о техническом применении магниевых сплавов в качестве конструкционных материалов, то вскоре исследователи ТГУ пришли к пониманию, что магниевые сплавы будут чрезвычайно востребованы и в медицине.
Чтобы изделие из магниевого сплава могло быть применено в медицинских целях, оно должно отвечать главным требованиям - растворяться (резорбироваться) с заданной скоростью и без вреда для организма. С тем, чтобы раствориться, у магния проблем нет - он имеет низкую устойчивость к коррозии. Это делает его применимым для изготовления биорезорбируемых имплантов и стентов, например в травматологии, ортопедии, стоматологии и даже кардиологии. Сейчас стенты и импланты производятся из титана или нержавеющей стали, а это значит, что их нужно будет извлекать из организма в рамках повторной операции. С магнием этого делать не придется. Но необходимо управлять скоростью растворения в организме, чтобы не дать медицинскому изделию раствориться до заживления тканей.
С помощью технологии плазменно-электролитического (микродугового) оксидирования (ПЭО) ученые ТГУ научились создавать на поверхности магниевых сплавов твердые износо- и коррозионно-стойкие керамические слои. Это защищает сплав от механического, коррозионного либо совместного воздействия. Именно ПЭО отводится роль «регулировщика», который заставляет имплант из магниевого сплава раствориться в организме человека с заданной скоростью.
Материаловеды вуза создали ультрамелкозернистые магниевые сплавы, которые обладают требуемым набором свойств для изготовления медицинских имплантатов, в том числе заданной скоростью резорбции (растворения), разработали технологии получения полуфабрикатов, необходимых для производства конечных продуктов. В основу ключевой технологии положен патент «Способ гибридной обработки магниевых сплавов», принадлежащий ТГУ.
Медизделиями из биорезорбируемого магния уже заинтересовался большой бизнес - «Медицинская торговая компания» (Санкт-Петербург) и ТГУ создают совместное производство. В проекте примет участие Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (Уфа), входящий в консорциум «Новые технологии для магниевых сплавов», ООО «Оренпресс» (Оренбург) и НПП «Солар» (Самара).
В сентябре 2023 года на территории ТГУ должен начаться серийный выпуск заготовок и самих биорезорбируемых имплантатов. Контроль качества прутков и готовых изделий возьмет на себя ТГУ - для этого в университете есть необходимое оборудование и специалисты. «Медицинская торговая компания» займется регистрацией готового продукта в качестве медицинского изделия в Федеральной службе по надзору в сфере здравоохранения РФ. Раньше такие изделия в России не производились - закупались за рубежом. В год же осуществлялось порядка пяти тысяч операций с их использованием. Введение санкций стало стимулом для организации производства в России.
«Магниевая тема» привлекает новые поколения ученых - на средства гранта, полученного в рамках госзадания под патронажем НОЦ мирового уровня «Инженерия будущего», для молодежи в ТГУ открыли специальную лабораторию. На ее создание выделили 45 млн рублей. В лаборатории молодые учёные работают над проблемой повышения коррозионно-усталостных свойств имплантатов. Возглавляет лабораторию молодой учёный кандидат физико-математических наук Михаил Линдеров.
По инициативе ТГУ в декабре 2020 года был создан консорциум «Новые технологии для магниевых сплавов». В него также вошли Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (Томск), Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Самарский государственный медицинский университет (СамГМУ), Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук и в качестве индустриального партнера - ООО «Соликамский опытно-металлургический завод».
В партнерстве с Соликамским опытно-металлургическим заводом Тольяттинский государственный университет разработал жаропрочный магниевый литейный сплав. Он обладает повышенной температурой воспламенения (на 200°C выше, чем у лучших образцов подобных сплавов) и предназначен для использования в авиационной промышленности.
Этот сплав необходим для отливки поршней двигателей беспилотных летательных аппаратов. За счет придания новых свойств мощность и надежность двигателя будет в разы выше, и он сможет успешно конкурировать с зарубежными аналогами, в том числе применяться в силовых установках мощностью до 300 л.с. на воздушных судах малой авиации.
ДВС в этом сегменте пока нет альтернативы. Газотурбинные двигатели подобной мощности неэкономичны по расходу топлива, а для массивного электропривода необходимы дорогие аккумуляторы, пояснил старший научный сотрудник института машиностроения ТГУ Павел Ивашин.
Благодаря использованию новых сплавов конкурировать с импортными производителями можно будет не только в выпуске авиационных двигателей, серийное производство которых сегодня в России попросту отсутствует, но и в нише малой садовой мототехники, лодочных моторов и т.п.
С 2019 года в вузе занялись разработкой еще одного перспективного направления - пеномагния. Это высокопрочный пористый материал на основе магниевого сплава, главным преимуществом которого служит способность гасить механические колебания и поглощать энергию удара, что и обусловливает его применение в автомобилестроении и аэрокосмической отрасли - там, где важны небольшой вес и значительная прочность конструкции. Причем в ТГУ научились создавать материал с управляемым размером пор и даже порами разного размера внутри одного изделия.
Кроме того, в ТГУ есть компетенции в области сварки изделий из магния, что может быть востребовано для разработки технологии 3D-печати.
«ТГУ обладает различными компетенциями в работе с изделиями из магниевых сплавов - от формирования требований к химсоставу и технологий получения требуемой структуры до методов управления скоростью коррозии, а также в смежных технологиях. Поэтому мы целенаправленно формируем центр превосходства в сфере магниевых технологий как «Магниевую долину», то есть целую экосистему генерации знаний и получения практических эффектов. Сквозная идея, объединяющая усилия ученых и специалистов ТГУ и наших партнеров в рамках «Магниевой долины», - повышение уровня технологической готовности продуктовых проектов до создания новых производств инновационной продукции, в том числе для обеспечения технологического суверенитета и импортоопережения. Магниевое направление зафиксировано в программе развития ТГУ в рамках федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» и программы развития НОЦ мирового уровня «Инженерия будущего», то есть поддержано Министерством науки и высшего образования России и лично губернатором Самарской области Дмитрием Игоревичем Азаровым», - отметил Михаил Криштал.
Последние комментарии
Главная стройка города. Здесь не должно быть никаких проволочек.
Ура! Пусть ещё не окончательная, но уже победа! Очень надеюсь, что жителям удастся отстоять свое право на комфортную жизнь, и этот беспрелел с точечной застройкой прекратится! Местным жителям крайне необходимы соц. объекты, а не новые высотки!
Да, мы много лет бьёмся за разумное строительство! И с кем - с нашими чиновниками, которые упорно не хотят видеть, что школа переполнена, садик один, поликлиника переполнена, дороги и дворы забиты машинами. Не хотят или проплачены?
Да в суд надо подавать уже. За несоблюдение процедуры в первый раз и финансовые потери возместить за одно!
Почему ничего? Строится сити. Только допучасток на месте планируемого торгового комплекса на 250 м. не согласовали. Как впрочем и торговый комплекс там ранее тоже не согласовали. Это прямо на Московском кусочек.