No Code Website BuilderКонкуренция образования и распада пересыщенных твердых растворов на основе алюминия под воздействием интенсивной пластической деформации
С российской стороны: коллектив под руководством д.ф.-м.н. Б.Б. Страумала из ИФТТ РАН, Черноголовка в сотрудничестве со специалистами из ФГБУ "НМИЦ онкологии имени Н.Н. Блохина" Минздрава России, Москва
С иностранной стороны: коллектив из Университета науки и технологии имени Хуари Бумедьена (г. Алжир, Алжир)
Индустриальный партнер: Челябинская компания ООО «ВИКА-ГАЛ»
Целью проекта является определение сравнительных параметров конкуренции между формированием и распадом твёрдого раствора в сплавах на основе алюминия под воздействием разных способов интенсивной пластической деформации. На основе этих данных определить оптимальный алюминиевый сплав и изготовить из него демонстратор (лабораторный образец): одноразовый инжектор для введения имплантатов (скаффолдов) в область нерезектабельных опухолей. На основе экспериментальных данных разработать рекомендации по производству оборудования и приспособлений для модификации поверхности алюминиевых сплавов, что будет способствовать передаче научных знаний для создания новых видов научно-технической продукции.
Основные задачи данного проекта – разработка научных методов модификации поверхности алюминиевых сплавов и использование полученных данных для изготовления инжектора имплантатов.
В ходе выполнения настоящих научных исследований на первом этапе получателем гранта был изготовлен ряд бинарных сплавов Al-Mg, Al-Zn, Al-Cu. Эти сплавы были подвергнуты отжигам в интервале температур 300-610°С и подвергнуты механической обработке с помощью кручения под высоким давлением (КВД). Была проведена характеризация элементного и фазового состава бинарных сплавов алюминия до и после механической обработки методом КВД. Кроме того, проведен аналитический обзор литературы по теме проекта, сосредоточенный на фазовых превращениях, вызванных интенсивной пластической деформацией.
В сотрудничестве с алжирским партнером были приобретены промышленные алюминиевые сплавы, содержащие в качестве главных легирующих компонентов магний (сплав АМг6), магний и медь (сплав 1163), магний, медь и цинк (сплав B95), иными словами - те же компоненты, которые по-отдельности присутствуют в бинарных сплавах, выплавленных из чистых компонентов. Эти сплавы были разрезаны на образцы разной геометрии в соответствии с требованиями оборудования для последующего исследования тремя разными методами интенсивной пластической деформации и отожжены при 300°С и 450°С. Отожженные образцы круглой формы были подвергнуты кручению под высоким давлением (КВД). Была проведена характеризация элементного и фазового состава промышленных алюминиевых сплавов после КВД.
Основные научные результаты по проекту и перспективы их использования:
- Получены новые данные о фазовых превращениях смачивания на границах зерен в алюминии;
- Удалось наблюдать конкуренцию между образованием и распадом пересыщенного твёрдого раствора при кручении под высоким давлением, а также измерить стационарную концентрацию второго компонента в твёрдом растворе на основе алюминия и определить эффективную температуру с помощью бинарной фазовой диаграммы;
- Данные, полученные тремя разными методами интенсивной пластической деформации на промышленных многокомпонентных сплавах и на чистых бинарных сплавах позволят предложить в дальнейшем физические методы для разработки новых технологий термомеханической обработки алюминиевых сплавов.
В ходе выполнения настоящих научных исследований на втором этапе получателем гранта была проведена термическая обработка промышленных алюминиевых сплавов трёх типов: (а) сплава АМг6, содержащего в основном алюминий и магний, (б) сплава 1163, содержащего алюминий, магний и медь, и (в) сплава В95, содержащего алюминий, магний, медь и цинк. Проведена характеризация элементного и фазового состава промышленных сплавов алюминия после термической обработки с помощью рентгеноструктурного анализа, микрорентгеноспектрального анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Была проведена механическая обработка отожженных промышленных сплавов алюминия с помощью кручения под высоким давлением (КВД). Проведена характеризация элементного и фазового состава промышленных сплавов алюминия после механической обработки с помощью рентгеноструктурного анализа, микрорентгеноспектрального анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Определена стационарная концентрация css и эффективная температура Teff после КВД в изученных промышленных сплавах алюминия. Изготовлен демонстратор (лабораторный образец): одноразовый инжектор имплантатов из алюминиевого сплава. Подана заявка на патент и представлены рекомендации по его внедрению в производство, опубликовано четыре статьи. Проведена технико-экономической оценка результатов исследования. Проведено обобщение результатов проекта в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Сформулированы предложения и рекомендации по производству оборудования и приспособлений для модификации поверхности алюминиевых сплавов.
Иностранным партнером проведена подготовка экспериментальных образцов промышленных сплавов алюминия к механической обработке методом запрессовки с ограниченным пазом. Проведена механическая обработка отожженных промышленных сплавов алюминия с помощью запрессовки с ограниченным пазом. Проведена характеризация элементного и фазового состава промышленных сплавов алюминия после механической обработки методом запрессовки с ограниченным пазом с помощью рентгеноструктурного анализа, микрорентгеноспектрального анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии.
Результаты проекта не только открывают путь к модификации существующих технологий производства алюминиевых изделий, но и принципиально новые области их использования. Одним из таких примеров неочевидных применений алюминиевых сплавов является способ подкожного введения противоопухолевого препарата на гелевой платформе, включающий введение геля, содержащего цитостатик, в область раковой опухоли, который составил основу поданной нами патентной заявки.
2024 г.
1. Straumal B.B., Kogtenkova O.A., Afonikova N.S., Kamynina O.K., Faraji G., Bulatov M., Bradai D. Competition between the formation and decomposition of a solid solution in Al-Mg alloys during high-pressure torsion. Letters on Materials, 2024, V. 14, p. 419–424. pdf
https://doi.org/10.48612/letters/2024-4-419-424
2. Straumal B.B., Kogtenkova O.A., Nekrasov A.N., Dutta Majumdar J., Faraji G., Bradai D. Grain boundary wetting phenomena in the Al-Cu system. Letters on Materials, 2024, V. 14, p. 319–324. pdf
https://doi.org/10.48612/letters/2024-4-319-324
2025 г.
1. B.B. Straumal, O.A. Kogtenkova, A.S. Gornakova, M.A. Khorosheva, P.B. Straumal, P.A. Prokofiev, D. Bradai, A.R. Kilmametov. Competition between the Formation and Decomposition of a Solid Solution in Al–Cu Alloys under High-Pressure Torsion. JETP Letters, 2025, V. 121, N. 8, p. 619–624.
https://doi.org/10.1134/S0021364025605822
2. B.B. Straumal, O.A. Kogtenkova, A.S. Gornakova, M.A. Khorosheva, N.F. Vershinin, Yu.D. Zavorotnev, V.N. Varyukhin, E.Yu. Tomashevskaya, M. Bulatov, B. Eshov D. Bradai. Phase Transformations in the Al–Mg-Based Alloys Driven by the Severe Plastic Deformation. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2025, V. 19, N. 1, p. 238–255.
https://doi.org/10.1134/S102745102570034X
3. B.B. Straumal, O.A. Kogtenkova, A.S. Gornakova, M.A. Khorosheva, A. Kilmametov, M. Kulak, D. Bradai. Accelerated mass transfer in the Al-6 wt.% Cu alloy during high-pressure torsion. Letters on Materials, 2025, V. 15, N. 2, p. 147–151.
https://doi.org/10.48612/letters/2025-2-147-151
4. А. Гладилин, Ю.Д. Заворотнев, В.Н. Варюхин, Г.С. Давдян, Б.Б. Страумал. Гистерезисные явления при наложении интенсивной пластической деформации кручением в двухкомпонентных растворах меди. Принята в печать в журнале «Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования», 2025, V. 12.
No Code Website Builder