«Эликсир долголетия» для сплавов магния придумали в Тольятти

Ученые Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали инновационный метод защиты магниевых сплавов с редкоземельными элементами, широко используемых в авиации, автомобилестроении и других отраслях. Исследователи смогли значительно повысить коррозионную и износостойкость этих сплавов, что позволяет использовать изделия и конструкции из них в агрессивных условиях и не приводит к значительному удорожанию изделий, сообщили в пресс-службе вуза.

Магниевые сплавы ценятся за свою лёгкость и прочность, но, к сожалению, подвержены коррозии. Это означает, что они активно взаимодействуют с окружающей средой, разрушаясь и теряя свои полезные свойства. Над решением этой проблемы работают ведущие мировые и российские научные коллективы: учёные Гельмгольц-Центра (Германия), Университета Манчестера (Великобритания), Института химии ДВО РАН, Московского авиационного института (МАИ), в том числе команда специалистов из научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ под руководством доктора физико-математических наук, профессора Михаила Криштала.

В своей новой работе исследователи из ТГУ использовали технологию, включающую в себя сочетание плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) и добавления в электролит наночастиц карбида вольфрама (WC) или карбида титана (TiC) при которой на поверхности магниевого сплава создаётся защитный оксидный слой.

«Проведя серию экспериментов, мы обнаружили, что наночастицы карбида вольфрама или карбида титана, добавляемые в электролит в определённом диапазоне концентраций при ПЭО, улучшают свойства защитного „покрытия“, — отметила старший научный сотрудник НИИПТ ТГУ Алиса Полунина. — Они не вступают в химические реакции, но внедряются в оксидный слой подобно „армирующим“ частичкам и делают этот слой более твердым, прочным и устойчивым к коррозии».

Исследование показало, что использование наночастиц позволяет повысить производительность формирования (толщину) «покрытия» на 50-65% при одинаковой длительности обработки и примерно в 3-4 раза снизить скорость коррозии магниевого сплава. Снижение носит кратковременный характер, что особенно важно для изделий с ограниченным сроком службы, когда деталь, к примеру, запорная арматура, должна выполнить свою функцию в агрессивной среде и затем раствориться. При этом учёные обнаружили, что слишком высокие концентрации наночастиц в электролите могут ухудшить качество оксидного слоя и, следовательно, долговременную защиту магниевой подложки.

«Мы нашли, на наш взгляд, удачный баланс, — рассказала Алиса Полунина. — Использование низких концентраций наночастиц тугоплавких карбидов в виде дисперсной фазы позволяет значительно улучшить свойства оксидного покрытия, обеспечивая надёжную защиту магниевых сплавов от коррозии и износа, при этом не приводит к значительному удорожанию процесса. Мы планируем продолжить изучение влияния различных типов наночастиц и оптимизировать процесс ПЭО для достижения максимальной коррозионной стойкости и износостойкости перспективных магниевых сплавов с редкоземельными элементами, в том числе с длиннопериодической упорядоченной структурой (LPSO-structure). Также надеемся, что, в ближайшей перспективе наши подходы будут апробированы и для биорезорбируемых магниевых сплавов, но, разумеется, с другими модифицирующими веществами — всё-таки медицина и техника предъявляют разные требования к материалам».

Результаты исследования ученых ТГУ открывают новые возможности для применения магниевых сплавов в различных отраслях промышленности, где важны лёгкость и прочность материалов.

«В последнее время разработка новых материалов на основе лёгких сплавов с уникальными покрытиями развивается очень быстро. Плазменно-электролитическое оксидирование — перспективный метод получения таких „покрытий“, но использование нанопорошков карбидов вольфрама и титана в электролите практически не исследовалось, — подчеркнула Алиса Полунина. — В мире пока нет опубликованных научных работ по ПЭО Mg-сплавов с LPSO-структурой в электролитах-суспензиях на основе карбидов тугоплавких металлов. Наша работа представила новые данные о влиянии этих наночастиц на процесс формирования, состав, механические и антикоррозионные свойства ПЭО-покрытий».

Подробности экспериментов специалисты описали в статье, которая опубликована в журнале «Электрохимия»/«Russian Journal of Electrochemistry». Это авторитетный журнал, издаваемый РАН с 1965 года. В журнале публикуются оригинальные статьи по всем разделам современной фундаментальной и прикладной электрохимии, а также электрохимии материалов.

Исследования ведутся в рамках программы развития университета до 2030 года, с которой ТГУ стал участником двух федеральных проектов — «Приоритет 2030» и «Передовые инженерные школы».