Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования): 2020 г. этап 3

Project

Project Details

Description

Данный проект посвящён решению актуальных проблем механики объемных наноматериалов, касающихся разработки и реализации нового подхода к повышению прочности и пластичности наноматериалов, связанного с управлением структуры границ зерен и решению прикладных задач материаловедения – улучшению механического поведения и повышению эксплуатационных свойств наноструктурных металлов и сплавов: динамических и усталостных свойств, электропроводности, стойкости к воздействию температуры, эрозионного износа и радиационного облучения. Особое внимание в проекте уделено модельной и экспериментальной разработке наноструктурных металлов и покрытий для медицинских применений в качестве имплантатов и инструментов для хирургии, травматологии и ортопедии.
На основе полученных за время выполнения части 1 проекта результатов, а также в рамках сателлитного проекта «Актуальные проблемы механики объёмных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)» в соответствии с заявленным планом исследований, был выполнен ряд работ, нацеленных на разработку теоретических и методических основ для получения наноструктурных особенностей, обеспечивающих высокую прочность и необходимую пластичность; проведено экспериментально-теоретическое изучение прочностных и эксплуатационных свойств материалов в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия; разработаны научные основы для реализации сверхпластического течения при низких температурах и высоких скоростях деформации в легких сплавах; исследование радиационной стойкости УМЗ реакторных сталей; проведены фундаментальные работы по оптимизации наноразмерных параметров УМЗ алюминиевых сплавов электротехнического назначения для достижения уникального сочетания многофункциональных свойств и по разработке методики направленного регулирования структурных характеристики покрытий на поверхности биосовместимого нанотитана. Эти результаты являются актуальными для разработки новых структурных материалов для инновационных применений (см. отчёт по проекту «Актуальные проблемы механики объёмных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)».

Layman's description

Данный проект нацелен на проведение фундаментальных исследований в области повышения свойств металлических материалов за счёт видоизменения их микроструктуры, а также прикладных исследований, нацеленных на повышение требуемых современной промышленностью характеристик, таких как механические свойства при ударных нагрузках; устойчивость к эрозионному воздействию (что актуально, например, для деталей механизмов, работающих в условиях пыльной среды); электропроводность (важно для энергетической промышленности); радиационная стойкость (актуально для создания реакторов нового поколения), биосовместимости (требуемой для приложений в области медицины). Традиционно повышение свойств материалов достигается за счёт легирования – добавления в материал новых элементов. Однако, мы предлагаем открыть дополнительные возможности для уже существующих материалов при помощи контроля составляющих их тонкой структуры. В этом русле были получены теоретические и опытные результаты, которые указывают, как именно надо воздействовать очень большими деформациями на металл или сплав, чтобы добиться комбинации наноразмерных параметров их структуры, чтобы увеличить не только их прочность, но и упомянутые выше функциональные свойства. Например, удалось примерно в 5 раз повысить прочность нержавеющей стали. При этом обычно сильно страдает её пластичность, но мы показали, что можно получать состояния с повышенной прочностью, избегая охрупчивания. Также разработаны методики измерения прочности УМЗ образцов при очень быстром (ударном) воздействии, охарактеризована их стойкость к потере массы при опылении потоком мелкодисперсных частиц песка, моделирующих воздействие пыльной среды на быстродвижущийся объект. Показаны пути, как создавать проводниковый материал на основе Al как с повышенной прочностью, так и электропроводностью, хотя обычно эти характеристики являются взаимоподавляющими. Более того, образцы УМЗ стали были помещены в настоящий атомный реактор, чтобы проверить, могут ли они быть более устойчивы к деградации свойств, типичной при воздействии на материал потока высокоэнергетических нейтронов. И первые результаты измерения ударных свойств УМЗ стали после облучения свидетельствуют подтверждают их потенциал повышения радиационной стойкости. Для биосовместимых материалов, таких как Ti, показано, что мы можем увеличить их способность лучше приживаться в тканях организма, и это позволит разработать дизайн имплантантов нового образца, менее болезненных для внедрения в травмированного либо потерявшего зуб человека.

Key findings for the project

С учетом результатов, изложенных в «Часть 2. Прикладные исследования», в настоящем, итоговом отчете по проекту представлены работы, нацеленные на разработку методических и технологических основ для получения наноструктурных особенностей, обеспечивающих высокую прочность и необходимую пластичность; развита методика для экспресс метода оценки материала к использованию в условиях высокоскоростных, динамических и импульсных воздействий; проведено экспериментально-теоретическое изучение прочностных и эксплуатационных свойств материалов в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия; реализовано сверхпластическое течение при низких температурах и высоких скоростях деформации в легких сплавах; исследована радиационная стойкость УМЗ реакторных сталей; оптимизированы наноразмерные параметры УМЗ алюминиевых сплавов конструкционного и электротехнического назначения для достижения уникального сочетания увеличенной прочности, достаточной пластичности, повышенной электропроводности и термостойкости; разработаны методики синтеза, дающие возможность направленно регулировать структурные характеристики покрытий на поверхности нанотитана в нанометровом и микронном диапазоне, а также химический состав поверхности. Инновационный характер носят результаты по получению высокопрочных проводниковых сплавов с улучшенной электропроводностью, а также модельные и опытные разработки наноструктурных Ti сплавов и разработки биоактивных покрытий, что откроет возможности их широкого применения в медицине для изготовления имплантатов и инструментов улучшенной конструкции для травматологии и ортопедии.
В результате выполнения работ проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (Часть 1. Фундаментальные исследования)» были достигнуты следующие основные результаты:
- Разработана методика комплексных испытаний в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия – от квазистатического нагружения до высокоскоростного импульсного воздействия. Расчеты с использованием структурно-временного подхода позволили численно оценить динамическую прочность материалов, что показало качественную корреляцию динамического растяжения и эрозионного износа. Полученные результаты позволяют проводить сравнительный анализ материалов в условиях динамических воздействий, а также экспериментально исследовать связь между динамических разрывом материала и эрозионным разрушением. Теоретические наработки позволяют предсказывать поведение материалов в тех или иных условиях воздействия, основываясь на подходах механики динамического разрушения.
- Результаты экспериментальных исследований процессов рассеяния энергии при квазистатическом растяжении чистой меди и магниевого сплава при различных скоростях деформации показали значительную зависимость скорости тепловыделения от скорости деформации и отсутствие такого влияния на диаграммах напряжение-деформация. Анализ результатов выявил на качественном уровне корреляцию между изменениями характера тепловыделения и процессами структурных превращений на различных стадиях пластического течения. Крупнозернистая и ультрамелкозернистая медь демонстрирует различное поведение в процессе выделения тепла. Эта разница менее выражена в случае магниевого сплава. Результаты демонстрируют существенные возможности исследований тепловыделения для анализа влияния структурных особенностей на деформацию металлических материалов. Нужна дальнейшая детализация латентной энергии, описывающей изменения микроструктуры в процессе деформирования и учитывающей иерархию масштабных уровней структурных преобразований, что может быть реализовано на последующих этапах проекта.
- Развиты научные основы для реализации сверхпластического течения при низких температурах (вплоть до комнатной температуры) в сплавах на основе Al. Были изучены ключевые микроструктурные параметры (распределение по размерам зерен, спектр разориентировок, состояние границ зерен, размер и распределение частиц вторых фаз, их эволюция в процессе сверхпластической деформации), а также механизмов пластической деформации (дислокационное скольжение, диффузионная ползучесть и зернограничное проскальзывание), определяющих сверхпластическое поведение наноструктурных материалов. В ходе работ был проведен анализ УМЗ структуры и термической стабильности сплава 6061, подвергнутого обработке модернизированным методом РКУП – в параллельных каналах.
- Для установления фундаментальных механизмов, позволяющих уменьшить склонность к радиационному повреждению реакторных материалов в наноструктурном состоянии, были проведены работы с применением модельного (ионного) излучения. В рамках сотрудничества с французскими учёными были проведены исследования радиационно-индуцированных дефектных структур в реакторной стали Fe-14Cr-1W (мас. %) с размерами зерен 5 мкм и 110 нм. Облучение ионами Fe стали в обоих состояниях проводилось до повреждающей дозы 10 сна. Характеристика микроструктуры показывает, что в случае наноструктурированного материала плотность внутризеренных радиационных дислокаций значительно ниже. Из полученных результатов следует, что измельчение микроструктуры до размера зерен около ста нанометров может эффективно использоваться для решения проблемы повышенной скорости образования дефектов в сталях Fe-Cr, вызванной облучением, а также для получения сплавов со значительно улучшенными механическими характеристиками и повышенной радиационной стойкостью.
- В рамках данного направления исследований были получены результаты фундаментального характера на примере алюминиевых сплавов систем Al-Zr и Al-Mg-Si электротехнического назначения. Было изучено влияние дополнительного низкотемпературного отжига на микроструктуру и электропроводность сплава Al-0.4Zr в УМЗ состоянии. Показано, что процессы возврата на границах зёрен в процессе отжига сопровождаются образованием на них сегрегации примесных атомов, эти сегрегации будут способствовать увеличению вклада в общее значение удельного сопротивления. В этом случае релаксация границ должна быть доминирующей для наблюдаемого уменьшение удельного сопротивления. Поскольку обработанный ИПД сплав Al-0.4Zr содержит Zr как в твердом растворе, так и в частицах Al3Zr вторичной фазы, не следует полностью исключать рост электропроводности из-за возможной частичной очистки твердого раствора путем образования очень маленьких нанокластеров (не выявленных с помощью ПЭМ) на границах в результате отжига. Следует отметить, что проведенный анализ влияния отжига на изменения удельного электрического сопротивления указывает на ключевую роль релаксации границ зёрен. Для определения, происходит ли сегрегация примесей на ГЗ, и как сегрегации и/или нанокластеры влияют на электросопротивление УМЗ материала, тонкая структура ГЗ будет изучена в дальнейшем с привлечением методов сканирующей просвечивающие электронной микроскопией и атомной зондовой томографии.
- Завершена разработка теоретической модели упрочнения, вызванного зернограничными сегрегациями, в ультрамелкозернистых металлических сплавах. В рамках модели сегрегации рассматриваются как эллипсоидальные включения, упругие напряжения которых взаимодействуют с дислокационными петлями, расширяющимися вблизи границ зерен (ГЗ). Эти напряжения вызывают дополнительное сопротивление движению дислокаций, испускающихся из ГЗ, и тем самым увеличивают предел текучести. В случае ультрамелкозернистого алюминиевого сплава 1570 модель предсказывает увеличение предела текучести, связанное с образованием зернограничных сегрегаций магния, в диапазоне от 100 до 300 МПа в зависимости от формы сегрегаций и расстояния между ними. При определенной средней концентрации растворенных атомов в ГЗ максимальное упрочнение обеспечивается небольшими сферическими или почти сферическими сегрегациями с высокой концентрацией магния и отношением сторон (диаметра к толщине) 1,0–1,4 в зависимости от концентрации магния внутри сегрегации. Это означает, что наибольшее упрочнение должно достигаться, когда примесные атомы в ГЗ аккумулируются в небольших концентрированных кластерах, а не распределяются более равномерно по ГЗ.
Данные теоретические представления были использованы достижения для высокой прочности и пластичности ультрамелкозернистых (УМЗ) сплавов применительно к 316 стали, содержащей зернограничные сегрегации и практического получения лабораторных образцов с целенаправленно сформированными наноструктурными особенностями, обеспечивающими увеличение пластичности в высокопрочном состоянии (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»).
- Завершена разработка методик комплексных испытаний в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия – от квазистатического нагружения до высокоскоростного импульсного воздействия. Расчеты с использованием структурно-временного подхода позволили численно оценить динамическую прочность материалов, что показало качественную корреляцию динамического растяжения и эрозионного износа. Полученные результаты позволяют проводить сравнительный анализ материалов в условиях динамических воздействий, а также экспериментально исследовать связь между динамических разрывом материала и эрозионным разрушением. Теоретические наработки позволяют предсказывать поведение материалов в тех или иных условиях воздействия, основываясь на подходах механики динамического разрушения.
- В ходе работ 3 этапа была завершена разработка научных основ для реализации сверхпластического течения при низких температурах (вплоть до комнатной температуры) в сплавах на основе Al. Были изучены ключевые микроструктурные параметры (распределение по размерам зерен, спектр разориентировок, состояние границ зерен, размер и распределение частиц вторых фаз, их эволюция в процессе сверхпластической деформации), а также механизмов пластической деформации (дислокационное скольжение, диффузионная ползучесть и зернограничное проскальзывание), определяющих сверхпластическое поведение наноструктурных материалов. В ходе работ был проведен анализ УМЗ структуры и термической стабильности сплава 6061, подвергнутого обработке модернизированным методом ИПД. Результаты этих работ были применены для реализации режимов формовки в условиях сверхпластичности УМЗ образцов Al сплавов (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»).
- Впервые показано, что в отличие от обычных методов ИПД и других технологий обработки, ультра-ИПД позволяет образовывать перенасыщенный твердый раствор с содержанием примерно 2,9 масс.% (1 ат.%) Zr в матрице Al при комнатной температуре, где эти элементы считаются несмешиваемыми. Растворение Zr в Al приводит к увеличению параметра решетки примерно на 0,0049 Å на 1 ат.%. Оставшийся Zr перераспределяется с образованием гетерогенных сегрегаций по границам зерен и наноразмерных частиц стабильной фазы D023 Al3Zr. Повышенная концентрация растворенных веществ Zr в матрице Al приводит к увеличению скорости образования дефектов и, как следствие, к созданию нанокристаллического состояния с размером зерна 73 нм, что является наименьшим размером зерна, описанным в литературе для сильно деформированного сплава системы Al-Zr. Полученная микроструктура показывает резкое увеличение твердости до 138 Hv. В отличие от любых других сплавов системы Al-Zr, нанокристаллический сплав Al-5% Zr с пересыщенным твердым раствором можно рассматривать как упрочняемый при старении. В результате отжига при 503 К происходит разложение твердого раствора, приводящее к выделению наноразмерной метастабильной кубической фазы Al3Zr L12 во внутренних частях зерен, декорированию некоторых границ зерен наноразмерной стабильной тетрагональной фазой Al3Zr D023 и украшению некоторых других границ тонкими слоями Орторомбическая фаза Bf AlZr. Несмотря на увеличение размера зерна до 143 нм, эти эффекты выделения повышают твердость до 148 Hv, что примерно в два раза выше, чем ранее сообщенные значения для системы Al-Zr. Образующиеся сегрегации и выделения также подавляют миграцию границ зерен и обеспечивают замечательную термическую стабильность нанокристаллического сплава Al-Zr. Твердость не снижается до отжига при 523 K и начинает падать после отжига при 543 K, что соответствует строгим требованиям для применения в жаропрочных сплавах Al.
- Разработана виртуальная модель зубного имплантата с уменьшенным на 10% диаметром, выполненная из ультрамелкозернистого титана Grade 4. Проведенные численные испытания данного устройства продемонстрировали, что за счет применения более прочного титана возможно уменьшение геометрии устройства как минимум на 10% - устройство с запасом выдерживает максимальные для стандартной геометрии приемлемые нагрузки (как статические, так и циклические). Уменьшение диаметра имплантата привело к значительному снижению усталостной прочности конструкции при воздействии силой F=55.17Н. Это связано как с изменением геометрии, так и с усталостными свойствами титана Grade 4 в обоих состояниях – стандартном и ультрамелкозернистом. Имплантат произведенный из Ti Grade 4 УМЗ с исходными размерами проявляет наиболее высокие прочностные свойства при циклическом нагружении.
В рамках отчетного периода методом компьютерного моделирования также были исследованы возможности миниатюризации устройств для лицевой хирургии. Показано, что миниатюризированное устройство (с уменьшенной на 19% площадью сечения устройства) с большим запасом выдерживает определенные для стандартной модели нагрузки: предел прочности ультрамелкозрнистого титана Grade 4 не превышается ни в одной точке устройства, также устройство выдерживает более 1е7 циклов нагрузки и разгрузки по приведенной выше схеме нагружения. Таким образом, возможно дальнейшее уменьшение поперечного сечения устройства без потери его статической и усталостной прочности.

- По итогам работы по проекту «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: Фундаментальные исследования)» опубликовано 18 статей (из 15 запланированных) в журналах Q1-Q2 (SJR) и 1 научно-популярная статья в рецензируемом журнале, индексируемом в Scopus, 2 статьи направлены для публикации в журналы Q1-Q2 (SJR), 2 монографии, защищено 3 диссертации (1 докторская и 2 кандидатских), вышло в свет 1 учебное пособие, привлечено средств за счёт переходящих или выигранных проектов за 2020 год– 20,5 млн.р. и за весь период проекта – 37 млн. руб. и подано заявок на проекты на сумму 13,5 млн. руб.
Таким образом, все взятые на себя коллективом обязательства и планы работ были полностью выполнены и перевыполнены.

Список достигнутых показателей:

Статьи в рецензируемых научных изданиях, относящиеся к квартилям Q1/Q2 по Web of Science или Scopus (запланировано 15, опубликовано 18):

1. K. Edalati, Y. Hashiguchi, H. Iwaoka, H. Matsunaga, R.Z. Valiev, Z. Horita, Long-time stability of metals after severe plastic deformation: Softening and hardening by self-annealing versus thermal stability, Mater. Sci. Eng. A 729 (2018) 340-348 (Q1 JCR/SJR, IF=3.414)
2. E.V. Bobruk, X. Sauvage, A. Zakirov, N.А. Enikeev, Tuning the structure and the mechanical properties of ultrafine grain Al–Zn alloys by short time annealing, Rev. Adv. Mater. Sci. 55 (2018) 61-68 (Q1 SJR/Q2 JCR, IF=2.172)
3. M.V. Petrik, A.R. Kuznetsov, N.A. Enikeev, Yu.N. Gornostyrev, R.Z. Valiev, Peculiarities of Interactions of Alloying Elements with Grain Boundaries and the Formation of Segregations in Al–Mg and Al–Zn Alloys, 2018, Phys. Met. Metall., 119 (2018) 607–612 (Q2 SJR, IF=0.790)
4. A.D. Evstifeev, Yu.V. Petrov, N.A. Kazarinov, R.R. Valiev, Strength of the Ti–6Al–4V Titanium Alloy under Conditions of Impact and Short Pulse Loading. ISSN 1063-7834, Physics of the Solid State, 60 (2018) No. 12, p. 2358–2362. DOI: 10.1134/S1063783418120120. (Q2 SJR, IF=0.925)
5. A.G. Sheinerman, S.V. Bobylev. A model of enhanced strain rate sensitivity in nanocrystalline and ultrafine-grained metals /// Rev. Adv. Mater. Sci. (2018) (в печати, декабрьский номер) (Q1 SJR/Q2 JCR, IF=2.172)
6. Y. Liu, M. Liu, X. Chen, Y. Cao, H.J. Roven, M. Murashkin, R.Z. Valiev, H. Zhou, Effect of Mg on microstructure andmechanical properties of Al-Mg alloys produced by high pressure torsion, Scripta Mater. 159 (2019) 137-141 (Q1 JCR/SJR, IF=4.163)
7. I. Lomakin, M. Castillo-Rodrigues, X. Sauvage. Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy. Mater. Sci. Eng. A 744 (2019) 206-214 (Q1 JCR)
8. T.S. Orlova, T.A. Latynina, A.M. Mavlyutov, M.Y. Murashkin, R.Z. Valiev, Effect of annealing on microstructure, strength and electrical conductivity of the pre-aged and HPT-processed Al-0.4Zr alloy, Journal of Alloys and Compounds784 (2019) 41-48 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.324 (Q1 JCR)
9. V.G. Konakov, O.Yu. Kurapova, E.N. Solovyeva, I.V. Lomakin, I.Yu. Archakov, Sinthesis, structure and mechanical properties of bulk "Copper - Graphene" composite. Rev. Adv. Mater. Sci. 57 (2018) 151-157 (Q1 SJR)
10. E.V. Bobruk, Z.A. Safargalina, O.V. Golubev, D. Baykov, V.U. Kazykhanov, The effect of ultrafine-grained states on superplastic behavior of Al-Mg-Si alloy, Materials Letters 255 (2019) 126503 https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126503 (Q1 SJR)
11. S.V. Bobylev, N.A. Enikeev, A.G. Sheinerman, R.Z. Valiev, “Strength enhancement induced by grain boundary solute segregations in ultrafine-grained alloys”, Int. J. Plast. 123 (2019) 133–144 https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2019.07.013 (Q1 JCR)
12. A. Mazilkin, Yu. Ivanisenko, X. Sauvage, A. Etienne, B. Radiguet, R.Z. Valiev, M. Abramova, N. Enikeev, Nanostructured Fe-Cr-W Steel Exhibits Enhanced Resistance to Self-Ion Irradiation, Adv. Eng. Mater. (2020) 1901333
https://doi.org/10.1002/adem.201901333 (Q1 SJR)
13. R.Z. Valiev, E.A. Prokofiev, N.A. Kazarinov, G.I. Raab, T.B. Minasov, J. Stráský, Developing Nanostructured Ti Alloys for Innovative Implantable Medical Devices, Materials 13 (2020) 967, https://doi.org/10.3390/ma13040967 (Q2 SJR)
14. J. Duan, H. Wen, C. Zhou, X. He, R. Islamgaliev, R. Valiev, Annealing behavior in a high-pressure torsion-processed Fe–9Cr steel, J. Mater. Sci. (2020)
https://doi.org/10.1007/s10853-020-04560-3 (Q1 SJR)
15. G. Zaher, I. Lomakin, N. Enikeev, S. Jouen, A. Saiter-Fourcin, X. Sauvage, Influence of strain rate and Sn in solid solution on the grain refinement and crystalline defect density in severely deformed Cu, Mater. Today. Comm. (2020) – опубликовано онлайн
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101746 (Q2 SJR)
16. Z.Q.Ren, A.A. Churakova, X. Wang, S.N. Liu, S. Goel, Z.S. You, Y. Liu, S. Lan, D.V. Gunderov, J.T. Wang, R.Z. Valiev, Enhanced tensile strength and ductility of bulk metallic glasses Vit105 via high-pressure torsion, Mater. Sci. Eng. A (2020) – опубликовано онлайн
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140485 (Q1 JCR)
17. V.K. Shamardin, T.M. Bulanova, A.E. Fedoseev, A.A. Karsakov, R.Z. Valiev, M.M. Abramova, I.V. Smirnov, N.A. Enikeev, Short communication: ‘The effect of neutron irradiation on the impact toughness of austenitic stainless steel in ultrafine-grained state’, J. Nucl. Mater. (2020) – принято к публикации (Q1 JCR)
18. Mohammadi A., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Arita M., Edalati K. Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening // Acta Materialia (2020) – принято к публикации (Q1 JCR)


Научно-популярная статья в периодическом издании Q4:

1. Valiev R.Z. New studies of paradox of strength and ductility in nanomaterials // Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2020. Vol. 7(65). P. 112–127. Q4. doi: 10.21638/11701/spbu01.2020.112.

Статьи, направленные в научные издания, относящиеся к квартилям Q1/Q2:

1. Mu X., Chellali M.R., Boltynjuk E., Gunderov D.V., Valiev R.Z., Hahn H., Kübel C., Ivanisenko J., Velasco L. Unveiling the local atomic arrangements in the shear band regions of metallic glass // Advanced Materials – направлено в журнал
2. Heidarzadeh A., Neikter M., Enikeev N., Mousavian R.T. Post-treatment of additively manufactured Fe-Cr-Ni stainless steels by high pressure torsion: unexpected TRIP effect // Scripta Materialia, получена рецензия major revision


Монографии и главы в монографии (запланировано 2 – выполнено 2)
1. Объемные наноструктурные материалы с многофункциональными свойствами. И. Сабиров, Н.А. Еникеев, М.Ю. Мурашкин, Р.З. Валиев. Эко-Вектор, СПб, 2018. ISBN 978-5-906648-71-6
2. Главы в монографию «Nanocrystalline Titanium»:
2a) Irina P. Semenova and Ruslan Z. Valiev and Terence G. Langdon, “Chapter 1 - High-pressure torsion and equal-channel angular pressing”, in Nanocrystalline Titanium Eds Halina Garbacz, Irina P. Semenova, Sergey Zherebtsov, Maciej Motyka, Micro and Nano Technologies, Elsevier, p. 3-19, ISBN 978-0-12-814599-9, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814599-9.00001-8
2b) Irina P. Semenova, Georgy I. Raab and Ruslan Z. Valiev, “Chapter 2 - Combined processing ECAP + TMP”, in Nanocrystalline Titanium Eds Halina Garbacz, Irina P. Semenova, Sergey Zherebtsov, Maciej Motyka, Micro and Nano Technologies, Elsevier, p. 21-35-19, ISBN 978-0-12-814599-9, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814599-9.00002-X
2c) Grigory S.Dyakonov, Sergey Mironov, Irina P.Semenova, Ruslan Z.Valiev, “ Chapter 7 - Strengthening mechanisms and super-strength of severely deformed titanium”, in Nanocrystalline Titanium Eds Halina Garbacz, Irina P. Semenova, Sergey Zherebtsov, Maciej Motyka, Micro and Nano Technologies, Elsevier, p. 123-143, ISBN 978-0-12-814599-9, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814599-9.00007-9

Диссертации (запланировано 3 – выполнено 3):

1) Медведев А.Е. «Прочность, электропроводность и термическая стабильность наноструктурных сплавов систем Al-РЗМ и Al-Fe» защищена 04 декабря 2018 – (на соискание степени кандидата физ-мат. наук)
2) В.Д. Ситдиков «Рентгеноструктурный анализ микроструктуры, кристаллографической текстуры и фазовые превращения в объёмных наноструктурных материалах»– защищена 14 июня 2019 (на соискание степени доктора физ-мат. наук)
3) Д.В. Назаров "Модификация поверхности наноструктурированного титана методами химического травления и молекулярного наслаивания для регулирования биомедицинских свойств" – защищена 16 апреля 2019 (на соискание степени кандидата хим. наук)

Список учебных пособий (запланировано 1 – выполнено 1):

1. Е. Бобрук, Учебное пособие «Термическая и химико-термическая обработка материалов» /Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа: РИК УГАТУ, 2019.- 130 с. ISBN 978-5-4221-1234-0

Список поданных заявок на проекты и привлечённого финансирования за время выполнения проекта (по условиям конкурса необходимо было за три года привлечь внешнее финансирование, равное выделенному за это же время университетом):

Получено финансирования от СПбГУ за время выполнения всего проекта Мероприятие 3 (разделение на фундаментальную и прикладную часть произошло на второй год выполнения проекта) в 2018-2020гг: 24 млн. руб.

Привлечено внешнего финансирования по темам выполняемого проекта: 37 млн. руб.

Переходящие с 2018 (Всего– 1,5 млн. р.)
Грант РНФ «Разработка экспериментально-теоретических основ для определения и прогноза прочностных характеристик конструкционных материалов в широком диапазоне скоростей нагружения», рук. Смирнов И.В., сроки выполнения проекта: 2018-2020 – 1500 т.р. в год.

Переходящие с 2019 г. (всего – 13,5 млн. р.)
1 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Казаринов Н.А., тема "Управление процессами хрупкого динамического разрушения и их оптимизация для повышения динамической прочности конструкций", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
2 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Евстифеев А.Д., тема "Исследование и разработка принципов модификации конструкционных сплавов на основе легких цветных металлов для эксплуатации в условиях низких температур", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
3 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Ф.С. Беляев, тема "Моделирование взаимодействия механизмов фазовой и пластической деформации в сплавах с памятью формы", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
4 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Базлов А.И., тема «Структурообразование и эволюция механических свойств двухфазных металлических стекол при термодеформационной обработке», 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
5 РНФ Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, рук. Мавлютов А.М., тема "Разработка и исследование наноструктурных алюминиево-медных сплавов с улучшенными механическими и электрическими свойствами", 1500 тыс. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 07.2019-06.2021.

Выигранные в 2020:
РНФ Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований», руководитель Мурашкин М.Ю., тема «Разработка принципов получения наноструктурных проводниковых материалов на основе алюминия с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами»), 5500 тыс.руб./год. Сроки выполнения проекта: 28.05.2020-31.12.2021.

Поданы заявки:
1. РФФИ-Китай ГФЕН_а: Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая «Исследование наноструктурных сплавов системы TiNiHf с повышенными функциональными свойствами и высокой циклической стабильностью», 3 млн.руб., 2021-2023
2. РФФИ-Чехия: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Чешским научным фондом,«Ультрамелкозернистые гетерогенные сплавы с превосходной прочностью и трещиностойкостью, полученные комбинацией интенсивной пластической деформации и аддитивного производства, 6 млн.руб., 2021-2023
3. РНФ-Иран: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным научным фондом Ирана «Разработка многокомпонентных среднеэнтропийных сплавов с памятью формы на основе NiTi для перспективных применений», 2 млн.руб., 2021-2023
4. РФФИ-Болгария: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Болгарским научным фондом «Изготовление и исследование армированных графеном композитов на основе алюминия, полученных с использованием интенсивной пластической деформации», 2,5 млн.руб., 2021-2023
Итого:
• Подано на сумму 13,5 млн. р. (в 2020 году)
• Привлечено – 37 млн. р. (за 2018-2020)

Научное и научно-техническое сотрудничество, в том числе международное

Китай:
• ХИУ Харбинский Инженерный Университет: подписано соглашение о сотрудничестве в рамках работы лаборатории (Соглашение о сотрудничестве от 20.12.2018 г. б/н); проведение совместных научных семинаров в рамках визита делегации ХИУ в СПбГУ 22.08.2018 (проф. Ли, проф. Вэй, проф. Цзюнь) и 17-19.06.2019 (проф. Цянь, проф. Ян, проф. Цзинь, проф. Цзян, проф. Тун, проф. Чжао), а также визита делегации СПбГУ (проф. Разов, проф. Валиев, проф. Волков, а также сотрудники лаборатории Е.А. Прокофьев и Д.К.Магомедова) в ХИУ 04-09.12.2018 и Прокофьев Е.А. 02-06.12.2019; совместные научные публикации в рецензируемых изданиях; обмен научными кадрами.
• ХПУ Харбинский Политехнический Университет: соглашение между университетами; разработка совместного с Лабораторией научного центра по материаловедению в новом кампусе СПбГУ, открытом на территории ХПУ, в 2020 году.
• Подана совместная заявка РФФИ ГФЕН_а Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая «Исследование наноструктурных сплавов системы TiNiHf с повышенными функциональными свойствами и высокой циклической стабильностью»
Франция:
• Университет Руана: стажировка аспиранта Университета Руана в 2017 году (G. Zaher) в Лаборатории наноматериалов;
• стажировка молодого научного сотрудника лаборатории в университете Руана в 2018 году (И.В. Ломакин) в рамках выигранного проекта фонда им. И.И. Мечникова на стажировку научных сотрудников в научно-учебные заведения Франции, предоставляемая посольством Французской Республики в России. Название проекта: "The influence of the severe plastic deformation on atomic-scaled microstructural peculiarities in Cu – Be alloys";
• проведение совместных научных исследований и публикации в высокорейтинговых научных изданиях Q1/Q2; за последние 5 лет опубликовано 13 совместных статей
Германия:
• Karlsruhe Institute of Technology (KIT): Совместные публикации в высокорейтинговых научных изданиях Q1/Q2 за последние 5 лет опубликовано 10 совместных статей;
• Проф. Гляйтер. Выступление 12.09.2019 г. c пленарным докладом «Некристаллические наноструктурные материалы: создание новых твердых материалов с новыми структурами и свойствами» (“Non_Crystalline Nanostructured Materials: The Way to New Solids with New Structures and Properties”) в рамках приглашенного визита в СПбГУ и XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии.
• Подана совместная с KIT заявка на Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (совместно с Немецким научно-исследовательским сообществом - DFG), рук. Еникеев Н.А., «Высокопрочные алюминиевые сплавы несмешиваемых систем с повышенной проводимостью» № 21-43-04408
• Стажировка молодого сотрудника лаборатории (Е. Болтынюк) в KIT в 2020 году
Великобритания:
• University of Southampton: Участие как эксперта-консультанта проф. Т.Дж. Лэнгдона в текущем проекте Мероприятие 3; Выступление с открытой лекцией «Новые достижения в получении и свойствах ультрамелкозернистых металлов» (“New Developments in the Processing and Properties of Ultrafine-Grained Metals”) в рамках приглашенного визита в СПбГУ 30.09.2019; проведение совместных исследований и публикации в высокорейтинговых научных изданиях, за последние 5 лет опубликовано 7 совместных статей и 1 глава в монографии;
Япония:
• Университет Кюсю - подана совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Японским обществом продвижения науки, рук. Еникеев Н.А., тема "Разработка новых многофункциональных Al сплавов несмешиваемых систем путём образования и распада пересыщенного твёрдого раствора с использованием ультра-интенсивной пластической деформации"
• за последние 5 лет опубликовано 5 совместных статей. В 2020 подготовлена и подана в журнал Q1 совместная статья «Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening»
Болгария:
• Подана совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Болгарским научным фондом, рук. М. Ю. Мурашкин, «Изготовление и исследование армированных графеном композитов на основе алюминия, полученных с использованием интенсивной пластической деформации»
Чехия:
• Подана совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Чешским научным фондом, рук. Р.З. Валиев, «Ультрамелкозернистые гетерогенные сплавы с превосходной прочностью и трещиностойкостью, полученные комбинацией интенсивной пластической деформации и аддитивного производства»

Key findings for the stage (in detail)

По итогам работ за 3 этап проекта и с учетом результатов, изложенных в «Часть 2. Прикладные исследования», в настоящем отчете представлены результаты, нацеленные на разработку научных основ для получения структурных особенностей, обеспечивающих высокую прочность и необходимую пластичность; развита методика для экспресс метода оценки материала к использованию в условиях высокоскоростных, динамических и импульсных воздействий; проведено экспериментально-теоретическое изучение прочностных и эксплуатационных свойств материалов в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия; реализовано сверхпластическое течение при низких температурах и высоких скоростях деформации в легких сплавах; исследована радиационная стойкость УМЗ реакторных сталей; оптимизированы наноразмерные параметры УМЗ алюминиевых сплавов конструкционного и электротехнического назначения для достижения уникального сочетания увеличенной прочности, достаточной пластичности, повышенной электропроводности и термостойкости; разработаны методики синтеза, дающие возможность направленно регулировать структурные характеристики покрытий на поверхности нанотитана в нанометровом и микронном диапазоне, а также химический состав поверхности. Инновационный характер носят результаты по получению высокопрочных проводниковых сплавов с улучшенной электропроводностью, а также модельные и опытные разработки наноструктурных Ti сплавов и разработки биоактивных покрытий, что откроет возможности их широкого применения в медицине для изготовления имплантатов и инструментов улучшенной конструкции для травматологии и ортопедии.
В результате выполнения работ 3 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: Фундаментальные исследования)» были достигнуты следующие основные результаты:
1) Завершена разработка теоретической модели упрочнения, вызванного зернограничными сегрегациями, в ультрамелкозернистых металлических сплавах. В рамках модели сегрегации рассматриваются как эллипсоидальные включения, упругие напряжения которых взаимодействуют с дислокационными петлями, расширяющимися вблизи границ зерен (ГЗ). Эти напряжения вызывают дополнительное сопротивление движению дислокаций, испускающихся из ГЗ, и тем самым увеличивают предел текучести. В случае ультрамелкозернистого алюминиевого сплава 1570 модель предсказывает увеличение предела текучести, связанное с образованием зернограничных сегрегаций магния, в диапазоне от 100 до 300 МПа в зависимости от формы сегрегаций и расстояния между ними. При определенной средней концентрации растворенных атомов в ГЗ максимальное упрочнение обеспечивается небольшими сферическими или почти сферическими сегрегациями с высокой концентрацией магния и отношением сторон (диаметра к толщине) 1,0–1,4 в зависимости от концентрации магния внутри сегрегации. Это означает, что наибольшее упрочнение должно достигаться, когда примесные атомы в ГЗ аккумулируются в небольших концентрированных кластерах, а не распределяются более равномерно по ГЗ.
Данные теоретические представления были использованы достижения для высокой прочности и пластичности ультрамелкозернистых (УМЗ) сплавов применительно к 316 стали, содержащей зернограничные сегрегации и практического получения лабораторных образцов с целенаправленно сформированными наноструктурными особенностями, обеспечивающими увеличение пластичности в высокопрочном состоянии (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»).
2) Завершена разработка методик комплексных испытаний в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия – от квазистатического нагружения до высокоскоростного импульсного воздействия. Расчеты с использованием структурно-временного подхода позволили численно оценить динамическую прочность материалов, что показало качественную корреляцию динамического растяжения и эрозионного износа. Полученные результаты позволяют проводить сравнительный анализ материалов в условиях динамических воздействий, а также экспериментально исследовать связь между динамических разрывом материала и эрозионным разрушением. Теоретические наработки позволяют предсказывать поведение материалов в тех или иных условиях воздействия, основываясь на подходах механики динамического разрушения (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»)
3) В ходе работ 3 этапа была завершена разработка научных основ для реализации сверхпластического течения при низких температурах (вплоть до комнатной температуры) в сплавах на основе Al. Были изучены ключевые микроструктурные параметры (распределение по размерам зерен, спектр разориентировок, состояние границ зерен, размер и распределение частиц вторых фаз, их эволюция в процессе сверхпластической деформации), а также механизмов пластической деформации (дислокационное скольжение, диффузионная ползучесть и зернограничное проскальзывание), определяющих сверхпластическое поведение наноструктурных материалов. В ходе работ был проведен анализ УМЗ структуры и термической стабильности сплава 6061, подвергнутого обработке модернизированным методом ИПД. Результаты этих работ были применены для реализации режимов формовки в условиях сверхпластичности УМЗ образцов Al сплавов (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»).
6) Впервые показано, что в отличие от обычных методов ИПД и других технологий обработки, ультра-ИПД позволяет образовывать перенасыщенный твердый раствор с содержанием примерно 2,9 масс.% (1 ат.%) Zr в матрице Al при комнатной температуре, где эти элементы считаются несмешиваемыми. Растворение Zr в Al приводит к увеличению параметра решетки примерно на 0,0049 Å на 1 ат.%. Оставшийся Zr перераспределяется с образованием гетерогенных сегрегаций по границам зерен и наноразмерных частиц стабильной фазы D023 Al3Zr. Повышенная концентрация растворенных веществ Zr в матрице Al приводит к увеличению скорости образования дефектов и, как следствие, к созданию нанокристаллического состояния с размером зерна 73 нм, что является наименьшим размером зерна, описанным в литературе для сильно деформированного сплава системы Al-Zr. Полученная микроструктура показывает резкое увеличение твердости до 138 Hv. В отличие от любых других сплавов системы Al-Zr, нанокристаллический сплав Al-5% Zr с пересыщенным твердым раствором можно рассматривать как упрочняемый при старении. В результате отжига при 503 К происходит разложение твердого раствора, приводящее к выделению наноразмерной метастабильной кубической фазы Al3Zr L12 во внутренних частях зерен, декорированию некоторых границ зерен наноразмерной стабильной тетрагональной фазой Al3Zr D023 и украшению некоторых других границ тонкими слоями Орторомбическая фаза Bf AlZr. Несмотря на увеличение размера зерна до 143 нм, эти эффекты выделения повышают твердость до 148 Hv, что примерно в два раза выше, чем ранее сообщенные значения для системы Al-Zr. Образующиеся сегрегации и выделения также подавляют миграцию границ зерен и обеспечивают замечательную термическую стабильность нанокристаллического сплава Al-Zr. Твердость не снижается до отжига при 523 K и начинает падать после отжига при 543 K, что соответствует строгим требованиям для применения жаропрочных Al сплавов.
5) В рамках отчетного периода методом компьютерного моделирования были исследованы возможности миниатюризации устройств для стоматологии и лицевой хирургии. Показано, что миниатюризированное устройство (с уменьшенной на 19% площадью сечения устройства) с большим запасом выдерживает определенные для стандартной модели нагрузки: предел прочности ультрамелкозрнистого титана Grade 4 не превышается ни в одной точке устройства, также устройство выдерживает более 107 циклов нагрузки и разгрузки по приведенной выше схеме нагружения. Таким образом, возможно дальнейшее уменьшение поперечного сечения устройства без потери его статической и усталостной прочности. (см. отчёт за 3 этап «Часть 2. Прикладные исследования»)
6) По итогам работы за 3 этап проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)» опубликовано 7 (из 7 запланированных) статей в журналах Q1/Q2 (SJR), одна научно-популярная статья в журнале Q4, а также 2 статьи направлены в журналы Q1/Q2, привлечено средств с накоплением за счёт переходящих или выигранных проектов – 31 млн. руб. (вместо 24 млн. р.), подано заявок в 2020 году на 13.5 млн. р. (вместо 4 млн. р.). Также 6 проектов будут продолжены в 2021 году (общая сумма 19 млн. руб.). Развито сотрудничество и поданы совместные проекты с учёными из Китая, Англии, Ирана, Бразилии, Франции, Японии, Чехии и Германии.

Таким образом, следует заключить, что в рамках выполняемого проекта в соответствии с планом работ научного исследования все работы выполнены в полном объеме.

Список достигнутых показателей за 3 этап проекта:

Статьи в рецензируемых научных изданиях, относящихся к квартилям Q1/Q2 (запланировано 7, опубликовано 7, дополнительно 2 статьи находятся на рассмотрении в редакции журналов):

Статьи научного коллектива, публикованные за 3 этап проекта (Scopus/WoS):

1. A. Mazilkin, Yu. Ivanisenko, X. Sauvage, A. Etienne, B. Radiguet, R.Z. Valiev, M. Abramova, N. Enikeev, Nanostructured Fe-Cr-W Steel Exhibits Enhanced Resistance to Self-Ion Irradiation, Adv. Eng. Mater. (2020) 1901333 https://doi.org/10.1002/adem.201901333 (Q1 SJR)
2. R.Z. Valiev, E.A. Prokofiev, N.A. Kazarinov, G.I. Raab, T.B. Minasov, J. Stráský, Developing Nanostructured Ti Alloys for Innovative Implantable Medical Devices, Materials 13 (2020) 967, https://doi.org/10.3390/ma13040967 (Q2 SJR)
3. J. Duan, H. Wen, C. Zhou, X. He, R. Islamgaliev, R. Valiev, Annealing behavior in a high-pressure torsion-processed Fe–9Cr steel, J. Mater. Sci. (2020)
https://doi.org/10.1007/s10853-020-04560-3 (Q1 SJR)
4. G. Zaher, I. Lomakin, N. Enikeev, S. Jouen, A. Saiter-Fourcin, X. Sauvage, Influence of strain rate and Sn in solid solution on the grain refinement and crystalline defect density in severely deformed Cu, Mater. Today. Comm. (2020) – опубликовано онлайн
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101746 (Q2 SJR)
5. Z.Q.Ren, A.A. Churakova, X. Wang, S.N. Liu, S. Goel, Z.S. You, Y. Liu, S. Lan, D.V. Gunderov, J.T. Wang, R.Z. Valiev, Enhanced tensile strength and ductility of bulk metallic glasses Vit105 via high-pressure torsion, Mater. Sci. Eng. A (2020) – опубликовано онлайн
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140485 (Q1 JCR)
6. V.K. Shamardin, T.M. Bulanova, A.E. Fedoseev, A.A. Karsakov, R.Z. Valiev, M.M. Abramova, I.V. Smirnov, N.A. Enikeev, Short communication: ‘The effect of neutron irradiation on the impact toughness of austenitic stainless steel in ultrafine-grained state’, J. Nucl. Mater. (2020) – принято к публикации (Q1 JCR)
7. Mohammadi A., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Arita M., Edalati K. Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening // Acta Materialia (2020) - принято к публикации (Q1 JCR)

Научно-популярная статья:
1. Valiev R.Z. New studies of paradox of strength and ductility in nanomaterials // Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2020. Vol. 7(65). P. 112–127. doi: 10.21638/11701/spbu01.2020.112. (Q4 SJR)

Статьи, направленные в научные издания, относящиеся к квартилям Q1/Q2:
1. Mu X., Chellali M.R., Boltynjuk E., Gunderov D.V., Valiev R.Z., Hahn H., Kübel C., Ivanisenko J., Velasco L. Unveiling the local atomic arrangements in the shear band regions of metallic glass // Advanced Materials, направлено в редакцию
2. Heidarzadeh A., Neikter M., Enikeev N., Mousavian R.T. Post-treatment of additively manufactured Fe-Cr-Ni stainless steels by high pressure torsion: unexpected TRIP effect // Scripta Materialia, получена рецензия с major revision

Список поданных заявок на проекты и привлечённого финансирования за время выполнения 3 этапа проекта:

Переходящие с 2018 (Всего– 1,5 млн. р.)
Грант РНФ «Разработка экспериментально-теоретических основ для определения и прогноза прочностных характеристик конструкционных материалов в широком диапазоне скоростей нагружения», рук. Смирнов И.В., сроки выполнения проекта: 2018-2020 – 1500 т.р. в год.

Переходящие с 2019 г. (всего – 13,5 млн. р.)
1 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Казаринов Н.А., тема "Управление процессами хрупкого динамического разрушения и их оптимизация для повышения динамической прочности конструкций", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
2 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Евстифеев А.Д., тема "Исследование и разработка принципов модификации конструкционных сплавов на основе легких цветных металлов для эксплуатации в условиях низких температур", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
3 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Ф.С. Беляев, тема "Моделирование взаимодействия механизмов фазовой и пластической деформации в сплавах с памятью формы", 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
4 РФФИ Конкурс 2019 года «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными - кандидатами наук в научных организациях РФ («Перспектива»)», рук. Базлов А.И., тема «Структурообразование и эволюция механических свойств двухфазных металлических стекол при термодеформационной обработке», 3 млн. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 01.11.2019-31.10.2022.
5 РНФ Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, рук. Мавлютов А.М., тема "Разработка и исследование наноструктурных алюминиево-медных сплавов с улучшенными механическими и электрическими свойствами", 1500 тыс. руб./год. Проект поддержан. Сроки выполнения проекта: 07.2019-06.2021.

Выигранные в 2020 (5.5 млн. р.):
РНФ Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований», руководитель Мурашкин М.Ю., тема «Разработка принципов получения наноструктурных проводниковых материалов на основе алюминия с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами»), 5500 тыс.руб./год. Сроки выполнения проекта: 28.05.2020-31.12.2021.

Поданы заявки:
1. РФФИ-Китай ГФЕН_а: Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая «Исследование наноструктурных сплавов системы TiNiHf с повышенными функциональными свойствами и высокой циклической стабильностью», 3 млн.руб., 2021-2023
2. РФФИ-Чехия: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Чешским научным фондом,«Ультрамелкозернистые гетерогенные сплавы с превосходной прочностью и трещиностойкостью, полученные комбинацией интенсивной пластической деформации и аддитивного производства, 6 млн.руб., 2021-2023
3. РНФ-Иран: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Национальным научным фондом Ирана «Разработка многокомпонентных среднеэнтропийных сплавов с памятью формы на основе NiTi для перспективных применений», 2 млн.руб., 2021-2023
4. РФФИ-Болгария: Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Болгарским научным фондом «Изготовление и исследование армированных графеном композитов на основе алюминия, полученных с использованием интенсивной пластической деформации», 2,5 млн.руб., 2021-2023
Итого:
• Подано на сумму 13,5 млн. р. (в 2020 году)
• Привлечено – 37 млн. р. (с накоплением за 2018-2020)

Научное и научно-техническое сотрудничество, в том числе международное

Китай:
• ХПУ Харбинский Политехнический Университет: соглашение между университетами; разработка совместного с Лабораторией научного центра по материаловедению в новом кампусе СПбГУ, открытом на территории ХПУ, в 2020 году.
• Подана совместная заявка РФФИ ГФЕН_а Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая «Исследование наноструктурных сплавов системы TiNiHf с повышенными функциональными свойствами и высокой циклической стабильностью»
Франция:
• проведение совместных научных исследований и публикации в высокорейтинговых научных изданиях Q1/Q2; за 2020 год опубликовано 2 совместные статьи
Германия:
• Karlsruhe Institute of Technology (KIT): Совместные публикации в высокорейтинговых научных изданиях Q1/Q2 за 2020 г. опубликована 1 совместная статья;
• Подана совместная с KIT заявка на Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (совместно с Немецким научно-исследовательским сообществом - DFG), рук. Еникеев Н.А., «Высокопрочные алюминиевые сплавы несмешиваемых систем с повышенной проводимостью» № 21-43-04408
• Стажировка молодого сотрудника лаборатории (Е. Болтынюк) в KIT в 2020 году
Япония:
• Университет Кюсю - подана совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Японским обществом продвижения науки, рук. Еникеев Н.А., тема "Разработка новых многофункциональных Al сплавов несмешиваемых систем путём образования и распада пересыщенного твёрдого раствора с использованием ультра-интенсивной пластической деформации"
• В 2020 подготовлена и подана в журнал Q1 совместная статья «Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening»
Болгария:
• Подана в 2020 г. совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Болгарским научным фондом, рук. М. Ю. Мурашкин, «Изготовление и исследование армированных графеном композитов на основе алюминия, полученных с использованием интенсивной пластической деформации»
Чехия:
• Подана в 2020 г. совместная заявка на Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, проводимый совместно РФФИ и Чешским научным фондом, рук. Р.З. Валиев, «Ультрамелкозернистые гетерогенные сплавы с превосходной прочностью и трещиностойкостью, полученные комбинацией интенсивной пластической деформации и аддитивного производства»

Key findings for the stage (summarized)

Работы 3 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объёмных наноматериалов (часть 1: Фундаментальные исследования)», были нацелены на развития научных основ для получения прикладных результатов, изложенных в отчёте по 3 этапу проекта «Часть 2. Прикладные исследования» для развития методических и технологических основ для формирования структурных особенностей, обеспечивающих высокую прочность и необходимую пластичность; кроме того, была развита методика для экспресс метода оценки материала к использованию в условиях высокоскоростных, динамических и импульсных воздействий; проведено экспериментально-теоретическое изучение прочностных и эксплуатационных свойств материалов в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия; реализовано сверхпластическое течение при низких температурах и высоких скоростях деформации в легких сплавах; оптимизированы наноразмерные параметры УМЗ алюминиевых сплавов конструкционного и электротехнического назначения для достижения уникального сочетания увеличенной прочности, достаточной пластичности, повышенной электропроводности и термостойкости; разработаны методики синтеза, дающие возможность направленно регулировать структурные характеристики покрытий на поверхности нанотитана в нанометровом и микронном диапазоне, а также химический состав поверхности. Инновационный характер носят результаты по получению высокопрочных проводниковых сплавов с улучшенной электропроводностью, а также модельные и опытные разработки наноструктурных Ti сплавов и разработки биоактивных покрытий, что откроет возможности их широкого применения в медицине для изготовления имплантатов и инструментов улучшенной конструкции для травматологии и ортопедии. Эти результаты являются актуальными для разработки новых структурных материалов для инновационных применений. Все заявленные показатели по публикации результатов исследований, защиты интеллектуальной собственности, привлечению внешних средств и международному сотрудничеству были достигнуты.

Academic ownership of participants (text description)

1) Руслан Зуфарович Валиев - руководитель, нет;
2) Еникеев Нариман Айратович - Экспериментально-теоретические исследования по повышению пластичности наноструктурной нержавеющей стали, написание научных статей, нет;
3) Мурашкин Максим Юрьевич - Целенаправленное проектирование УМЗ сплавов (Al-RE с разным содержанием RE), оптимизация режимов ИПД для получения наноструктурных сплавов с многофункциональными свойствами, написание научных статей, нет;
4) Бобрук Елена Владимировна - Микроструктурные исследования и механические испытания УМЗ сплава Al-30Zn для определения диапазонов ИПД, обеспечивающих формирование состояния, демонстрирующего признаки сверхпластичности при относительно низких температурах, нет;
5) Алабердов Артур Арсенович - 0%, нет;
6) Семенов Борис Николаевич - 0%, нет;
7) Арбенин Андрей Юрьевич - Исследование УМЗ Ti сплавов с биоактивными покрытиями, написание научных статей, нет;
8) Смирнов Иван Валерьевич - Разработка методик для исследования ударной вязкости и трещиностойкости материалов после различных режимов обработки, нет;
9) Ломакин Иван Владимирович - 0%, нет;
10) Магомедова Дарья Курбановна - проведение механических испытаний и написание научных статей, нет;
11) Мартюшева Александра Андреевна - прободготовка материалов для проведения механических испытаний , нет;
12) Болтынюк Евгений Вадимович - 0%, нет;
13) Ефимов Михаил Алексеевич - 0%, нет;
14) Евстифеев Алексей Дмитриевич - Разработка методик для аттестации механических свойств НС и УМЗ материалов в зависимости от условия нагружения: динамическое растяжение и эрозия, нет;
15) Прокофьев Егор Александрович - Исследование структур и механические свойств УМЗ Mg сплавов как биоразлагаемых материалов для медицины , нет;
16) Шейнерман Александр Григорьевич - разработка микромеханических моделей для достижения высокого уровня прочности и пластичности в наноструктурных материалах, нет;
17) Сафаргалина Зарема Альбертовна - пробоподготовка образцов для исследования структуры , нет;
18) Валиев Роман Русланович - работа над увеличением прочности и пластичности титанового сплава; нет;
19) Федоровский Георгий Дмитриевич - пробоподготовка материалов для механических испытаний, нет;
20) Галина Эльмира Хамитовна - подготовка образцов для исследования структуры, нет;
21) Казаринов Никита Андреевич - Разработка биомеханических принципов для получения новых УМЗ биоматериалов: аналитические и конечноэлементные модели для проектирования новых имплантатов из сплавов на основе УМЗ Ti, написание научных статей; 22)
22) Борис Николаевич Семенов - 0%, нет;
23) Теренс Джордж Лэнгдон - 0%, нет;
24) Виль Даянович Ситдиков - 0%, нет;
25) Иван Владимирович Ломакин - 0%, нет;
26) Александр Робертович Арутюнян - 0%, нет;
27) Юрий Викторович Сидоров - 0%, нет;
28) Андрей Геннадиевич Стоцкий - 0%, нет;
29) Альфия Якубовна Нигматуллина - 0%, нет;
30) Илья Антонович Мелемчук - 0%, нет;
31) Михаил Алексеевич Ефимов - 0%, нет;
32) Яна Владимировна Чернейкина - 0%, нет;
33) Сергей Владимирович Бобылев - 0%, нет;
34) Артур Арсенович Алабердов - 0%, нет;
35) Айдар Марселевич Мавлютов - работа с УМЗ сплавами и написание научных статей, нет;
36) Федор Степанович Беляев - 0%, нет;\.

Rationale of the interdisciplinary approach

Как следует из вышеизложенных пунктов, а также из приложения к данному отчёту, выполненный проект реализует междисциплинарный подход, связывающий научные методы и подходы механики деформируемого твёрдого тела, физики конденсированного состояния, материаловедения, инженерии.
Short titleGZ-2020
AcronymM3_2018 - 3
StatusFinished
Effective start/end date20/04/2031/12/20