Защитить и улучшить

Российский научный фонд (РНФ) поддержал исследовательский проект учёных опорного Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Кандидат технических наук Антон Полунин выиграл конкурс и получил грант на исследования в области плазменно-электролитического (микродугового) оксидирования алюминиевых и магниевых сплавов.

Фонд объявил победителей конкурсов 2020 года на получение грантов по мероприятиям «Проведение инициативных исследований молодыми учёными» и «Проведение исследований научными группами под руководством молодых учёных» Президентской программы исследовательских проектов. Программа была разработана Фондом в 2017 году по поручению Президента России Владимира Путина, её основные задачи – поддержать долгосрочные проекты ведущих учёных и создать карьерные траектории для перспективных молодых исследователей.

В конкурсе, связанном с поддержкой нового поколения научных лидеров, РНФ выделяет гранты для молодых кандидатов и докторов наук в возрасте до 35 лет. В нём приняли участие более 1,5 тысяч заявок, но поддержку экспертного совета получили лишь 220 проектов. Среди них проект опорного Тольяттинского госуниверситета, в основе которого один из наиболее перспективных и экологически безопасных методов инженерии поверхности сплавов цветных металлов – плазменно-электролитическое (микродуговое) оксидирование (ПЭО), позволяющее многократно повышать их коррозионную и износостойкость. Изучением этого процесса в Тольяттинском государственном университете занимаются сотрудники научно-исследовательского отдела (НИО-4) «Оксидные слои, плёнки и покрытия» под научным руководством профессора, доктора физико-математических наук, ректора ТГУ Михаила Криштала.

Поперечное сечение оксидного покрытия на алюминиево-кремниевом сплаве

Проект, который представил на конкурс РНФ старший научный сотрудник НИО-4, кандидат технических наук Антон Полунин, направлен на улучшение служебных характеристик оксидных слоёв, полученных методом ПЭО на алюминиевых и магниевых сплавах, а также на отработку технологии и контроля процесса ПЭО в реальном времени по сигналам акустической эмиссии (АЭ)*.

– Существует ряд задач, для решения которых уместно применять материалы с удовлетворительными объемными характеристиками и особым поверхностным слоем, так называемым «покрытием», отвечающим ряду более жёстких требований. Большинство материалов (металлических, керамических и пр.), в том числе и покрытия, состоят из кристаллитов, и именно размеры, взаимная ориентация, количество (и многое другое) тех или иных кристаллитов в материале определяют его конечные свойства, – поясняет Антон Полунин. – В нашем проекте мы и будем выявлять и исследовать закономерности роста кристаллитов покрытий, формируемых плазменными микроразрядами на поверхности лёгких сплавов, искать взаимосвязи характеристик кристаллитов покрытия с его свойствами и поведением при испытаниях, а также попытаемся найти наиболее эффективные способы получения нужных нам свойств покрытий.

На практике это даст возможность значительно увеличить производительность и сократить стоимость процесса получения оксидного слоя с заданными свойствами путём формирования необходимой структуры и состава, а также позволит ускорить адаптацию технологии в реальном производстве под конкретные технологические задачи. Результаты проекта могут быть успешно внедрены в аэрокосмической, машиностроительной, двигателе- и автомобилестроительной отраслях, где требования к рабочим характеристикам изделий стремительно ужесточаются.

– Мы надеемся, что полученные в проекте знания и технологические решения найдут своё применение не только в технике, но и в медицине. Специалисты ТГУ под руководством профессоров Алексея Виноградова и Дмитрия Мерсона недавно разработали новые уникальные магниевые сплавы, в том числе, медицинского назначения. И уже получен первый положительный опыт их применения в области челюстно-лицевой хирургии. С помощью создания на металле оксидных покрытий с нужными свойствами мы постараемся расширить возможности применения этих сплавов с учётом индивидуальных особенностей и восстанавливаемости пациентов, чтобы сократить срок лечения и снизить вероятность нежелательных последствий, – рассказал Антон Полунин.

Учёные ТГУ намерены обсудить результаты своих исследований с коллегами на российских и международных научных конференциях и опубликовать не менее 9 статей, в том числе не менее 3 в научных журналах, индексируемых в Q1 или Q2 по базе Web of Science (Core Collection).

Поверхность оксидного покрытия на алюминиево-кремниевом сплаве

Также по результатам выполнения проекта планируется защита как минимум одной диссертации на соискание учёной степени доктора наук и одной диссертации на соискание учёной степени кандидата наук.

Это уже вторая победа молодых учёных Тольяттинского госуниверситета, занимающихся плазменно–электролитическим оксидированием, в конкурсе Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учёными, в том числе молодыми учёными, Российского научного фонда. Предыдущий проект «Взаимосвязь состава и свойств оксидных слоёв, формируемых плазменно-электролитическим оксидированием на алюминиевых и магниевых сплавах в электролитах-суспензиях, с характеристиками высокодисперсной фазы электролита» (научный руководитель – профессор, доктор физико-математических наук, ректор ТГУ Михаил Криштал, руководитель проекта – старший научный сотрудник, кандидат технических наук Антон Полунин) был успешно выполнен в ТГУ в 2018–2020 годах.

*Акустическая эмиссия (АЭ) – это техническая диагностика, основанная на явлении возникновения и распространения упругих колебаний (акустических волн) в различных процессах, пассивный метод неразрушающего контроля, который используется для выявления трещин, расслоений, коррозийных процессов. Количественно АЭ — критерий целостности материала, который определяется звуковым излучением материала при его контрольном нагружении.