Учёные ННГУ разработали титановые сплавы с рекордной прочностью и коррозионной стойкостью

Разработка найдёт применение в биомедицине, авиации и атомной энергетике.

Учёные ННГУ имени Н.И. Лобачевского разработали сплавы, имеющие рекордную прочность и коррозионную стойкость. Элементы конструкций, сделанные из таких сплавов, подойдут для работы в условиях воздействия агрессивных сред и повышенных нагрузок, а также иметь меньшую стоимость по сравнению с промышленными аналогами. Титановые сплавы – один из основных материалов для изготовления изделий, работающих в агрессивных коррозионных средах. Поэтому титановые сплавы широко применяются в авиации, атомной и нефтехимической промышленности. Перспективным является и применение титана в биомедицинской промышленности, например, для изготовления протезов и имплантов.

«Обычно задача повышения коррозионной стойкости титанового сплава решается путём сложного легирования титановых сплавов, например, металлами платиновой группы (рутений, палладий и другие), что приводит к резкому увеличению их стоимости. А для повышения прочности титановые сплавы подвергают большим деформациям, что позволяет сформировать в них очень малое субмикронное зерно. Но такой подход не подходит для сплавов, работающих при высоких температурах, например, в авиации и атомной энергетике», – рассказал заведующий лабораторией диагностики материалов Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ Алексей Нохрин.

Для изготовления сплавов в Университете Лобачевского применяли метод высокоскоростного электроимпульсного («искрового») плазменного спекания – метод высокоскоростного нагрева порошков путём пропускания импульсов тока очень большой мощности при одновременном приложении давления. Для спекания использовались специально приготовленные порошки. Благодаря этому методу нижегородским учёным удалось сформировать однородную высокоплотную структуру в трёх видах титановых сплавов, применяемых в биомедицине (титан ВТ1-0), атомной энергетике (сплав ПТ-3В) и в авиации (сплав ВТ-6).

Титановые сплавы, полученные в ННГУ, имеют рекордные значения предела прочности и твёрдости, а также очень высокую стойкость против электрохимической и горячей солевой коррозии. В частности, скорость коррозии новых сплавов оказалась в несколько раз меньше, чем для промышленных сплавов, получаемых обычными методами. Пределы прочности и твёрдость титановых сплавов оказались в полтора–два раза выше, чем у промышленных сплавов, при этом удалось одновременно обеспечить и высокую пластичность сплавов.

Исследования коллектива Университета Лобачевского показали, что такие свойства обусловлены процессом самопроизвольного легирования титановых сплавов: они насыщаются углеродом из графитовых пресс-форм, в которых они спекались. Насыщение титанового сплава при искровом плазменном спекании оказалось аномально интенсивными, что и привело к резкому повышению характеристик сплавов.

Полученные результаты были опубликованы в журнале Metals, входящем в первый квартиль баз Scopus и Web of Science по направлению Metals and Alloys.

Работы проводились в рамках гранта РНФ №19-73-00295.