Основные результаты исследований

Разработаны теоретические основы исследования структуры и свойств нанокристаллических материалов методами молекулярной динамики и молекулярной статики с использованием модельных потенциалов межатомных взаимодействий и расчетов «из первых принципов». Развит метод расчета средних энергий границ зерен и тройных стыков в нанокристаллических материалах. На примере меди определен вклад тройных стыков в избыточную энергию и диффузию по межкристаллитной области в нанокристаллических металлах.

Прямыми диффузионными экспериментами, расчетами диффузионных характеристик из данных по кинетике диффузионно-контролируемых процессов и компьютерным моделированием зависимости термодинамических характеристик границ зерен от избыточного объема показано, что высокие скорости массопереноса в наноструктурных металлах, полученным воздействием больших пластических деформаций, связаны не с размером зерен, а с неравновесным высокоэнергетическим состоянием их внутренних границ раздела.

Совместно с Институтом физики твердого тела РАН установлено, что в слоистых сверхпроводящих композиционных материалах системы Cu-TiNb и Cu-Nb-TiNb, получаемых с применением больших пластических деформаций при повышенных температурах в вакууме, процессы фазообразования интерметаллидов на межслойных границах определяют механические свойства и технологичность получения таких материалов. При этом процессы образования и роста интерметаллидов в исследованных системах при температурах ниже некоторой критической контролируются зернограничной диффузией, а выше данной температуры – объемной. На основании полученных результатов оптимизированы технологические режимы формирования рассматриваемых композитов, имеющих перспективу для широкого применения в технике.

В совместных работах с Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН показано, что в жаропрочных интерметаллидных сплавах, перспективных для применения в качестве материалов для лопаток газотурбинных двигателей самолетов нового поколения, легирование тугоплавкими и редкоземельными элементами обеспечивает формирование наноразмерных фаз, стабилизирующих дендритную монокристаллическую структуру и упрочняющих меж-фазные границы. Разработаны рекомендации и получены новые сплавы с улучшенными служебными характеристиками.

По результатам фундаментальных исследований в период 2005-2008 гг. изданы две монографии: Yu.R. Kolobov, R.Z. Valiev, Grabovetskaya G.P. et.al. «Grain boundary diffusion and properties of nanostructured materials» (Cambridge International Science Publishing, 2007) и Колобов Ю.Р., Каблов Е.Н., Бунтушкин В.П., Козлов Э.В. и другие «Структура и свойства интерметаллидных материалов с нанофазным упрочнением» (Издательство МИСиС, 2008). Опубликовано 193 статьи в российских и зарубежных журналах.

Разработаны высокопроизводительные экономичные методы формирования субмикрокристаллических и наноструктурных состояний в металлах и сплавах, сочетающие сортовую и винтовую прокатку с использованием оригинальных температурно-скоростных интервалов, энергосиловых параметров и траекторий деформации. Проводятся опытно-конструкторские работы и организуется серийное производство полуфабрикатов и наноструктурных медицинских титановых сплавов, в том числе и технически чистого титана (сплава ВТ1-0) без вредных для живого организма легирующих элементов для изготовления медицинских имплантатов. В перспективе планируется довести объем производства до соответствующего потребностям российских предприятий в ультрамелкозернистом и наноструктурном титане для изделий медицинского назначения. Ведутся поставки заготовок промышленного сортамента во Всероссийский научно-исследовательский проектный институт медицинского инструмента (г. Казань) для освоения в серийном производстве имплантатов и медицинских инструментов на Казанском медико-инструментальном заводе.

Разработаны методы модификации поверхности титана и его сплавов с целью улучшения биологических свойств путем формирования защитных биоинертных и биоактивных покрытий. В ФГУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» успешно проведены предклинические испытания имплантатов с такими покрытиями. Проводятся работы по запуску опытно-промышленного участка по нанесению биоинертных и биоактивных покрытий.

Разработана оригинальная технология синтеза нано-гидроксилапатита (НГАП) в виде водных и спиртовых коллоидов, суспензий и гелей различной плотности. Гидроксилапатит является основной составляющей костной ткани и является биологически совместимым материалом. Использование спиртового коллоида НГАП позволяет оптимизировать процесс получения шликерных биоактивных покрытий и получить высокие уровни прочности и адгезии покрытий без высокотемпературных отжигов. На сегодняшний день завершаются работы по запуску участка опытно-промышленного производства нанокристаллического гидроксилапатита в формах порошка, водных и спиртовых суспензии и гелей заданной концентрации. Разработка защищена патентом РФ.

В настоящее время наногидроксилапатит используется в качестве одного из компонентов стоматологического материала нового поколения «Нанофлюор», который был разработан ЗАО «Опытно-экспериментальный завод «ВладМиВа» (г. Белгород). Использование нанодисперсного коллоидного гидроксиапатита способствует реминерализации дентина глубокой кариозной полости и нормализации состояния пульпы зуба. Предполагаемые объемы производства препарата «Нанофлюор» – 10 000 упаковок в месяц. В 2008 годы на данный препарат был получен государственный заказ.

Информацию предоставил Иванов М.Б. 17.05.2016 

Последнее обновление: 2016.05.17 10:30

© Copyright 2008, Белгородский государственный университет.

Научно-образовательный и инновационный центр «Наноструктурные материалы и нанотехнологии»

Разработка и техническая поддержка: E-mail: nechaenko@bsu.edu.ru