Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования): 2020 г. этап 3

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

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 2 проекта результатов, а также в рамках сателлитного проекта «Актуальные проблемы механики объёмных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)» в соответствии с заявленным планом исследований, был выполнен ряд работ, нацеленных на разработку теоретических и методических основ для формирования особенностей микроструктуры на наноуровне (наночастицы, нанодвойники, сегрегации и кластеры легирующих элементов и т.д.), 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.

описание для неспециалистов

Данный проект нацелен на проведение прикладных 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 за 2018 год 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.

основные результаты по проекту в целом

С учетом результатов, изложенных в «Часть 1. Фундаментальные исследования», за весь период проекта выполнены работы, нацеленные на разработку методических и технологических 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 проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)» были достигнуты следующие основные результаты:
- В качестве эффективного экспериментального подхода для повышения пластичности в высокопрочном состоянии УМЗ материала была предложена новая стратегия, основанная на манипуляции химическим составом границ зёрен и содержанием дефектов в материале. В результате получены образцы сверхпрочной УМЗ стали 316 (предел текучести > 1900 МПа, микротвёрдость > 600 Hv), с различными наноструктурными параметрами (сегрегации примесных элементов на границах зёрен, размер зёрен, плотность дислокаций), за счёт комбинации которых продемонстрирован потенциал увеличения пластичности (от хрупкого разрушения до 5-7%).
- Была развита методика оценки динамического отклика УМЗ материалов на ударную нагрузку. Исследования проводись на установке с разрезным стержнем Гопкинсона на основе традиционной методики Кольского. В результате на примере УМЗ титана Grade 4 и меди М1 была отработана методика исследования зависимости передела текучести УМЗ материалов от скорости воздействия в диапазоне скоростей деформации до 10000 1/с. Кроме того, показа возможность оценки скоростной чувствительности УМЗ материалов на основе теоретического подхода критерия инкубационного времени. Рассмотрена возможность применения оптико-акустических и термоэлектрических методов неразрушающего контроля к исследованию влияния методов ИПД на структуру материалов. Получены результаты по влиянию ИПД на термоупругие и термоэлектрические свойства чистого алюминия и меди при импульсном лазерном излучении. Исследования проводились на техническом алюминии AD1 (99,3%) и чистой меди M1 (99,9%). УМЗ структура была получена с помощью ИПДК. Термоупругие и термоэлектрические характеристики материалов определялись путем измерения акустических волн и термоэлектрической мощности. Результаты продемонстрировали очень высокую чувствительность параметров термоупругого и термоэлектрического откликов на структурные изменения в материалах. Например, используемый режим ИПДК привел к уменьшению максимального значения термоэлектрической мощности для алюминия на 40%, а для меди на 35%. В результате использования методики оптико-акустического неразрушающего контроля было разработано изобретение, которое позволяет расширить функциональность и надежность известных устройств для оптико-акустического неразрушающего контроля.
- С целью изучения прочностных и эксплуатационных свойств материала в случае экстремальных динамических воздействий была применена комплексная методика, включающая серию экспериментальных исследований (динамическое растяжение малых образцов и эрозионное истирание) и анализ результатов с использованием структурно временного подхода. В качестве апробации методики проведено изучение прочностных и эрозионных свойств титанового сплава Ti-6Al-4V в состоянии поставки и подвергнутого в рамках настоящего исследования обработке методом равноканального углового прессования. Ультрамелкозернистый (УМЗ) материал был испытан наряду с исходным на динамическое растяжение с использованием башенного копра Instron и в эрозионной трубе аэродинамического типа в воздушном потоке с частицами корунда в качестве абразивного материала. Выполненные исследования показали, что методами ИПД возможно получение уникальных свойств высокопрочных титановых сплавов, включающих повышение прочностных характеристик титанового сплава Ti-6Al-4V в условиях квазистатических нагрузок с сохранением достаточной прочности в условиях динамических нагрузок. Методика аттестации свойств материала в условиях нестационарных динамических воздействий, основанная на комплексном экспериментально-теоретическом подходе, показала свою результативность в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия. Полученные результаты позволяют продолжить развитие методики в качестве экспресс метода оценки материала к использованию в условиях высокоскоростных, динамических и импульсных воздействий, таким образом, обеспечивая надёжный способ оценки механического поведения УМЗ материалов при различных условиях нагружения, в том числе и экстремальных, что требуется для применения таких материалов в передовых инженерных применениях, в частности, в авиационной промышленности.
- Было изучено влияние ключевых микроструктурных параметров (распределение по размерам зерен, спектр разориентировок, состояние границ зерен, размер и распределение частиц вторых фаз, их эволюцию в процессе сверхпластической деформации), а также механизмов пластической деформации (дислокационное скольжение, диффузионная ползучесть и зернограничное проскальзывание), на проявление сверхпластического поведения наноструктурных материалов. Эта задача является чрезвычайно важной для повышения технологической пластичности при производстве тонкостенных изделий и достижения стабильности структуры под действием внешних факторов.
- В результате проведённых исследований показано, что кратковременный отжиг оказался тонким инструментом управления структурными особенностями в УМЗ алюминиевых сплавах. Исследования in situ оказывают большую помощь в разработке дизайна структуры, поскольку они позволяют проводить количественные измерения эволюции размера зерен, зарождения или растворения выделений, эволюции плотности дефектов и, в более общем плане, распределения легирующих элементов (включая сегрегации границ зерен). Эксперимент на двуосное растяжение показал, что такой технологической пластичности достаточно для получения деталей сложной формы даже при комнатной температуре и высоких скоростях деформирования.
- Для проведения радиационного эксперимента методом РКУП были получены объёмные УМЗ заготовки аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10 в виде прутков, размеры которых позволили изготовить образцы для изучения механического поведения материала при разных условиях нагружения. Эти образцы были помещены в исследовательский реактор (НИИАР, Димитровград) для нейтронного облучения в условиях активной зоны атомного реактора для исследования радиационной устойчивости материала в УМЗ состоянии в сравнении с крупнозернистым аналогом.
- Полученные впервые предварительные результаты испытания на ударную вязкость образцов Шарпи (мини образцы для ударных испытаний с V-образным надрезом, 27 мм длиной, 4 мм высотой, 3 мм шириной и 1 мм глубина надреза) УМЗ стали, облучённой нейтронами до 12 сна при 350С. Показано, что сталь марки 0Х18Н10Т в УМЗ-состоянии, после нейтронного облучения (при температуре 350 °С и повреждающей дозе 12 сна) при температуре испытаний, равной 20 ºС и 350 °С, демонстрирует радиационное упрочнение и меньшую склонность к зарождению трещин по сравнению с крупнозернистым состоянием, что свидетельствует о её повышенном потенциале радиационной стойкости в УМЗ состоянии. Полученные результаты имеют большое значение для разработки материалов с повышенной стойкостью к нейтронному излучению при повышенных температурах.
- Для разработки биомеханических принципов, применяемых для получения новых УМЗ биоматериалов на основе УМЗ Ti, на основе анализа литературы по тематике механических, прочностных и геометрических параметров зубных имплантатов, были определены ключевые задачи исследования: (i) разработка численных подходов для моделирования усталостных испытаний зубных имплантатов и (ii) численное исследование путей оптимизации (миниатюризации) зубных имплантатов при помощи применения инновационных материалов – сплавов с ультрамелкозернистой структурой.
Для решения этих задач была построены компьютерные геометрические модели имплантатов, имеющих характерные размеры изделий, используемых в настоящий момент в медицинской практике, а также миниатюризированного дизайна – данная модель отличается уменьшенным на 20% диаметром. Были построены конечноэлементные модели согласно соответствующим геометрическим моделям: построено разбиение на конечные элементы, разработаны краевые условия и приложена нагрузка, которые соответствуют испытаниям на усталость согласно ГОСТ 14801. В численных моделях использовались механические свойства стандартного титана Grade 4, а также титана Grade 4 с ультрамелкозернистой структурой, обеспечивающей повышенные прочностные свойства материала. Проведены первые численные эксперименты, демонстрирующие, что применение высокопрочных ультрамелкозернистых сплавов благоприятно сказывается на эксплуатационных свойствах зубных имплантатов и позволяют проводить оптимизацию и миниатюризацию их формы для применения в медицине.
- Для решения задачи уменьшения времени приживляемости и улучшения надежности имплантов из УМЗ материалов были проведены работы по созданию биосовместимых и биоактивных покрытий на поверхности УМЗ титана с развитой поверхностью методом ALD. В качестве исходных подложек использовался УМЗ титан с микро и нано рельефом, полученным путем химического травления. Тонкие поликристаллические пленки со структурой анатаза осаждались с использованием изопропоксида титана, трибутилфосфата и воды. Полученные покрытия охарактеризованы методами СЭМ, АСМ, РФА, эллипсометрии, РФЭС, РФлА и ИК спектроскопии. В результате работы было показано, что использование технологии ALD позволяет получать биосовместимые покрытия состава TiO2-POx на поверхности УМЗ титана с сохранением рельефа, необходимого для ускоренного приживления медицинских имплантатов.
- В результате реализации научного подхода, основанного на управлении механизмами деформации за счёт взаимодействия дислокаций с зернограничными сегрегациями, разработанного в рамках проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)», были применены комбинированные методы получения УМЗ нержавеющей стали типа 316, использующие интенсивную пластическую деформацию (ИПД) и дополнительную термическую и деформационную обработку. В результате удалось показать, что подобный метод может позволить значительно повысить пластичность в высокопрочном состоянии УМЗ стали. Было сформировано УМЗ состояние, характеризующееся минимальным размером зёрен (порядка 50 нм) и отсутствием сегрегаций на ГЗ. Затем, в результате регламентированного отжига, были образованы неоднородные сегрегации на границах зёрен, при этом удалось заметно увеличить предел текучести в уже высокопрочном состоянии за счёт закрепления сегрегациями на ГЗ. Дополнительная деформация позволила открепить дислокации от сегрегаций и увеличить ресурс пластичности при сохранении высокого значения предела текучести порядка 2 ГПа.
- Обнаруженная сверхпрочность в наноструктурном материале обусловлена дополнительными упрочняющими механизмами, реализация которых возможна только с использованием ИПД. За отчетный период были изучены микроструктурные факторы, в том размер зерна, доля большеугловых границ зёрен, плотность дислокаций, характеристики
твердого раствора и нанокластеров, образовавшиеся в промышленном сплаве 7075, подвергнутом обработке ИПДК при КТ и 200 ºC. Было установлено, что дислокационное упрочнение в образцах сплава после ИПДК, составляет 20-30% от общего прироста микротвердости и, следовательно, играет второстепенную роль. Нанокластеры, сформированные в 7075 образцах сплавов, деформированных при КТ, обеспечивают дополнительный эффект упрочнения. В образцах, полученных ИПДК при 200 ºC, не отмечено образования большого количества кластеров по причине однородной сегрегации атомов Mg и Cu по границам зёрен. Это приводит к снижению эффекта упрочнения от кластеров более, чем в 6 раз, что сходится с приведёнными выше оценками о влиянии однородности распределения атомов легирующих элементов на проявление прочностных свойств.
- Методики и теоретические подходы, разработанные в рамках реализации 2 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)» были апробированы на примере широко используемых промышленных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg и Al-Mg. Материалы были испытаны в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия – от квазистатического нагружения до высокоскоростного импульсного воздействия, что было достигнуто посредством экспериментов на растяжение с реализацией мод одноосного растяжения и сдвига, а также экспериментов на эрозионное воздействие на установке аэродинамического типа.
- Результаты экспериментальных работ выявили повышенные прочностные свойства сплава Al 2024 в условиях квазистатических нагрузок. С ростом скорости нагружения материала в случае растягивающих нагрузок данный сплав по своим прочностным характеристикам приблизился к сплаву Al 5556. При этом в случае реализации чистого сдвига запас по прочности сохранился. Полученные результаты были проанализированы с точки зрения структурно-временного подхода. Показано, что в терминах инкубационного времени динамическая прочность при растяжении у сплава Al 5556 на 65% больше, чем у сплава Al 2024. При этом различия в случае реализации чистого сдвига незначительны. Выполненные исследования показали, что применение материала в экстремальных условиях нагружения требует всестороннего экспериментально-теоретического изучения его прочностных и эксплуатационных свойств в предполагаемых диапазонах изменения параметров нагружения.
- Разработанная методика аттестации свойств материала в условиях нестационарных динамических воздействий, основанная на комплексном экспериментально-теоретическом подходе, показала свою результативность в широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия. Полученные результаты позволяют продолжить развитие методики в
качестве экспресс-метода оценки материала к использованию в условиях высокоскоростных, динамических и импульсных воздействий.
- Результаты выполнения проекта основаны на развитии научных основ для реализации сверхпластического течения при низких температурах (вплоть до комнатной температуры) в сплавах на основе Al, выполненного в рамках реализации 2 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)». Контроль наноструктурных параметров, таких как ультрамелкие зерна и вторичная фаза Mg2Si, позволил достичь эффекта сверхпластичности, проявляющегося при более низких температурах при одноосном растяжении. Испытания в условиях двухосного растяжения пластины для изгиба продемонстрировали высокую технологическую пластичность УМЗ сплава 6061 с размером зерна 350 нм. Таким образом, было достигнуто заметное повышение технологической пластичности при производстве тонкостенных изделий, а также стабильности структуры под действием внешних факторов.
- Анализ исследований по радиационному поведению ультрамелкозернистых материалов, полученных ИПД и обладающих повышенными прочностными и функциональными свойствами, показал, что значительно увеличенная доля границ зёрен обеспечивает значительно улучшенную радиационную стойкость материала к облучению электронами, протонами, ионами или нейтронами. Сделан вывод о высоком потенциале промышленных УМЗ металлов и сплавов для использования в качестве перспективных радиационно-стойких материалов для энергетических установок нового поколения.
- Результаты выполнения проекта основаны на развитии научных основ для одновременного увеличения прочности и электропроводности в сплавах на основе Al, выполненного в рамках реализации проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)». По результатам выполненных за отчетный период исследований, были разработаны новые способы деформационно-термической обработки проводниковых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si, реализованные поэтапно. Первая задача – формирование в широко используемых в электротехнике материалах, микроструктур, обеспечивающих достижение прочности (предела прочности на разрыв не менее чем 375 МПа), близкой к уровняю проводников, выполненных из меди марки М1 (с пределом прочности ~ 400 МПа). Вторая задача – оптимизация количества технологических операций, в том числе использования интенсивной пластической деформации (адаптивность способов к условиям промышленного производства продукции электротехнического назначения). На основе проведённых фундаментальных работ была подана заявка на изобретение «Способ термомеханической обработки проводниковых сплавов системы Al-Mg-Si». Оно относится к области цветной металлургии и электротехники, а именно к способам термомеханической обработки (ТМО) Al-Mg-Si сплавов, используемых для производства изделий электротехнического назначения, таких как токопроводящие элементы в виде катанки, проволоки, пластин, шин, кабелей, а также проводов воздушных линий электропередачи.
- Экспериментальные работы по практическому применению комбинированной обработки, включающей РКУП, позволила получить заготовки УМЗ сплава Ti–6Al–7Nb обладающего повышенными прочностными свойствами. Поскольку сплав Ti–6Al–7Nb имеет медицинское применение, важное значение для биосовместимости этого материала имеет обработка поверхности химическими способами. Проведенные исследования показали, что как после кислотного травления, так и после обработки кислотой и щелочью УМЗ сплав Ti–6Al–7Nb не имеет цитотоксичности и демонстрирует хорошую адгезию клеток на поверхности. Вместе с тем, исследованные способы химической обработки поверхности УМЗ сплава Ti–6Al–7Nb демонстрирую некоторые отличия. Образцы после обработки кислотой и щелочью (УМЗ-АА) имеют нанотопографическую коралловую или губчатую морфологию поверхности, что способствует лучшему закреплению клеток, их дисперсии и подвижности. В связи с этим, на поверхности образцов УМЗ-АА улучшены биологические реакции, выше клеточное распространение, что приводит к более высокому поколению филоподий. Можно отметить, что возможность получения нанотопографической морфологии поверхности высокопрочных УМЗ титановых сплавов имеет важное значение для разработки наноструктурированных, химически обработанных имплантируемых устройств для остеоинтеграции.
- По итогам работы по проекту «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)» опубликовано 7 статей (из 6 запланированных) в журналах Q1-Q2 (SJR) и 2 дополнительные статьи (Scopus), 2 статьи направлены в журналы Q1-Q2 (SJR), подано 3 заявки (из 3 запланированных) на изобретение, привлечено средств за счёт переходящих или выигранных проектов за 2020 год– 20,5 млн.р. и за весь период проекта – 37 млн. руб., защищена 1 кандидатская диссертация и подано заявок на проекты на сумму 13,5 млн. руб.
Следует заключить, что в рамках выполняемого проекта, в соответствии с планом научного исследования все работы выполнены в полном объеме.

Список достигнутых показателей:

Статьи в рецензируемых научных изданиях, относящиеся к квартилям Q1/Q2 по Web of Science или Scopus (запланировано 6, опубликовано 7):

1 D.V. Nazarov, V.M. Smirnov, E.G. Zemtsova, N.M. Yudintceva, M.A. Shevtsov, R.Z. Valiev. Enhanced osseointegrative properties of ultra-fine-grained titanium implants modified by chemical etching and atomic layer deposition // ACS Biomaterials Science & Engineering, 2018. Vol. 4(9). P. 3268-3281. doi: 10.1021/acsbiomaterials.8b00342. (Q1 JCR/SJR, IF=4.432)
2 J.G. Kim, N.A. Enikeev, J.B. Seol, M.M. Abramova, M.V. Karavaeva, R.Z. Valiev, C.G. Park, H.S. Kim. Superior Strength and multiple strengthening mechanisms in nanocrystalline TWIP steel // Scientific Reports, 2018. Vol. 8. (Q1 JCR/SJR, IF=4.122)
3 D.P. de Oliveira, T.V. Toniato, R. Ricci, F.R. Marciano, E. Prokofiev, R.Z. Valiev, A.O. Lobo, A.M. Jorge Júnior. Biological response of chemically treated surface of the ultrafine-grained Ti–6Al–7Nb alloy for biomedical applications // International Journal of Nanomedicine, 2019. Vol. 14. P. 1725–1736. doi:10.2147/IJN.S197099. (Q1 SJR).
4 I. Smirnov. Strength characteristics and fracture of ultrafine-grained titanium Grade 4 processed by equal channel angular pressing — Conform // Technical Physics, 2019. Vol. 64(4). P. 497–505. doi:10.1016/j.msea.2019.02.094. (Q2 SJR).
5 N. Enikeev, V. Shamardin, B. Radiguet, Radiation tolerance of ultrafine-grained materials fabricated by severe plastic deformation // Materials Transactions, 2019. Vol. 60. P. 1723–1731. doi: 10.2320/matertrans.MF201931. (Q2 SJR).
6 H.F. Li, F.L. Nie, Y.F. Zheng, Y. Cheng, S.C. Wei, R.Z. Valiev, Nanocrystalline Ti49.2Ni50.8 shape memory alloy as orthopaedic implant material with better performance // Journal of Materials Science & Technology, 2019. Vol. 35. P. 2156–2162. doi: 10.1016/j.jmst.2019.04.026. (Q1 SJR/JCR).
7 Zhang Y., Jin S., Trimby P., Liao X., Murashkin M., Valiev R.Z., Sha G. Strengthening mechanisms in an ultrafine-grained Al-Zn-Mg-Cu alloy processed by high pressure torsion at different temperatures // Materials Science & Engineering A, 2019. Vol. 752. P. 223-232. doi:10.1016/j.msea.2019.02.094. (Q1 SJR/JCR).

Статьи, направленные в научные издания, относящиеся к квартилям Q1/Q2:
1. Bobruk E.V. et al. Influence of ultrafine-grained states on plastic behavior of Al-Mg-Si alloy at elevated temperatures // Advanced Engineering Materials (Q1 SJR/JCR).
2. Smirnov I.V., Evstifeev A.D., Valiev R.Z. Fracture locus of 5083 aluminum alloy after equal-channel angular pressing // Materials Science & Engineering A (Q1 SJR/JCR).

Прочие статьи научного коллектива за 2018-2020 годы (Scopus):

1. Valiev R.Z., Parfenov E.V., Raab G.I., Semenova I.P., Dluhos L. Bulk nanostructured metals for advanced medical implants and devices // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 461. doi:10.1088/1757-899X/461/1/012089.
2. Magomedova D.K. Determination of the stress distribution character under static tension of cylindrical samples of coarse- and fine-grained Al 6101 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Принята к печати.

Список поданных заявок на патенты (запланировано – 3, подано - 3):
1. И. Смирнов, Ю. Судьенков «Устройство для лазерно-акустической контроля твердых и жидких сред»
2. М.Ю. Мурашкин, И.В. Смирнов «Способ термомеханической обработки проводниковых сплавов системы Al-Mg-Si»
3. Валиев Р.З., Кулясова О.Б., Парфенов Е.В., Прокофьев Е.А. «Ультрамелкозернистый сплав Mg-1%Ca и способ его получения»


Диссертации (запланировано 1 – выполнено 1):

1) Валиев Р.Р. «Повышение эксплуатационных свойств титанового сплава на основе измельчения зерен» защищена 30 ноября 2018 – (на соискание степени кандидата тех. наук)

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»

основные результаты по этапу (подробно)

В результате выполнения работ 3 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)» были достигнуты следующие основные результаты:- В результате реализации научного подхода, основанного на управлении механизмами деформации за счёт взаимодействия дислокаций с зернограничными сегрегациями, разработанного в рамках проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)», были применены комбинированные методы получения УМЗ нержавеющей стали типа 316, использующие интенсивную пластическую деформацию (ИПД) и дополнительную термическую и деформационную обработку. В результате удалось показать, что подобный метод может позволить значительно повысить пластичность в высокопрочном состоянии УМЗ стали. Было сформировано УМЗ состояние, характеризующееся минимальным размером зёрен (порядка 50 нм) и отсутствием сегрегаций на ГЗ. Затем, в результате регламентированного отжига, были образованы неоднородные сегрегации на границах зёрен, при этом удалось заметно увеличить предел текучести в уже высокопрочном состоянии за счёт закрепления сегрегациями на ГЗ. Дополнительная деформация позволила открепить дислокации от сегрегаций и значительно увеличить ресурс пластичности при сохранении высокого значения предела текучести порядка 2 ГПа.- Нанесение вакуумно-плазменного защитного покрытия V+TiVN на титановый сплав ВТ8M-1 в КЗ и УМЗ состояниях значительно снижает унос массы образца и в 2 раза повышает эрозионную стойкость материала в сравнении с КЗ сплавом без покрытия. Особенно сильно этот эффект достигается на подложке с УМЗ структурой, что подтверждается повышенной адгезионной прочностью покрытия. Таким образом, данные о высокой твердости и повышенных адгезионных и абразивных свойствах покрытия на титановых сплавах в УМЗ состоянии, полученными методами интенсивной пластической деформации свидетельствуют о том, что данные покрытия с подслоем V и Ti весьма эффективны и перспективны для использования в качестве конструкционных материалов в авиадвигателестроении, эксплуатируемых в экстремальных условиях и, в частности, при интенсивных абразивных воздействиях.- Установлено, что пластичность сплава 5083 сильно зависит от сочетания трехосности напряжений и угла Лоде. Однако локус разрушения материала после РКУП обработки показал более высокие значения эквивалентной деформации до разрушения, чем у исходного материала. Например, разница между абсолютным минимумом эквивалентной деформации разрушению, который соответствует условиям плоской деформации растяжения для обоих состояний материала, составляет 36%. РКУП обработка значительно повысила предел прочности сплава при сохранении хорошей пластичности, которая зависит от параметра угла Лоде и трехосности напряжений. Это имеет принципиальное значение при исследовании ультрамелкозернистых и нанокристаллических материалов. Сильная пластическая деформация может значительно повысить прочность материала в соответствии с законом Холла-Петча за счет измельчения зерна. В большинстве случаев это приводит к снижению пластичности (деформации разрушения при растяжении). На основании этого обычно делается вывод о низкой пластической способности ультрамелкозернистых материалов. Тем не менее, исследования в этой работе показывают, что деформация до разрушения может быть довольно высокой в зависимости от напряженного состояния. Этот нюанс особенно важен при рассмотрении реальных конструкций, так как в этом случае материал работает в разных режимах нагружения, а не только при одноосном растяжении. Рассмотренный подход позволил более полно понять изменение пластической способности алюминиевого сплава после ИПД и оценить его прочностные свойства вне зависимости от типа испытания. Такой подход открывает более широкие возможности как для расчетов конструкций из материала после РКУП-обработки, так и для определения более щадящих режимов механической обработки материала, в том числе для получения УМЗ-структуры.- Результаты выполнения проекта основаны на развитии научных основ для реализации сверхпластического течения при низких температурах (вплоть до комнатной температуры) в сплавах на основе Al, выполненного в рамках реализации 2 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 1: фундаментальные исследования)». Контроль наноструктурных параметров, таких как ультрамелкие зерна и вторичная фаза Mg2Si, позволил достичь эффекта сверхпластичности, проявляющегося при более низких температурах при одноосном растяжении. Испытания в условиях двухосного растяжения пластины для изгиба продемонстрировали высокую технологическую пластичность УМЗ сплава 6061 с размером зерна 350 нм. Таким образом, было достигнуто заметное повышение технологической пластичности при производстве тонкостенных изделий, а также стабильности структуры под действием внешних факторов.- В рамках проекта были разработаны модели зубных имплантатов с уменьшенным на 16.6%, 20.8% и 25% диаметром. Данные модели прошли виртуальные усталостные испытания по методике, разработанной в рамках проекта. Согласно данной методике сначала определялась критическая нагрузка для базовой модели имплантата, выполненного из стандартного титана Grade 4. Считалось, что базовая модель должна выдержать 106 циклов при данной нагрузке при схеме нагружения, взятой из стандарта ISO 14801 Определенное значение силы – 75.6 Н. Далее данное значение силы использовалось в виртуальных усталостных испытаниях моделей с уменьшенным диаметром и выполненными из ультрамелкорзернистого титана Grade 4. Также были проведены расчеты, в которых условия нагружения варьировались в пределах, допустимых согласно стандарту ISO: угол приложения силы варьировался в пределах 28º -32º, базовым значением считалось значение 30º. Согласно проведенным расчетам применение ультрамелкозернистого титана позволяет уменьшить диаметр имплантата до 2 мм (16.6%): устройство с диаметром 2 мм проходит виртуальные усталостные испытания при всех допустимых углах приложения силы.- Были проведены исследования влияния краевых условий на усталостную прочность пластин для лицевой хирургии, а также продолжены исследования по дальнейшей миниатюризации пластин за счет применения более прочного ультрамелкозернистого титана Grade 4. Показано, что способ закрепления устройства, а также метод приложения нагрузки могут существенно влиять на усталостную прочность устройства. При этом применение УМЗ титана позволяет существенно миниатюризировать медицинские имплантаты. Разработанные численные в рамках проекта численные подходы к оценке усталостной прочности медицинских устройств позволяют оценить поведение имплантата при различных вариантах нагружения и провести виртуальные усталостные испытания не только согласно стандартам, но и в условиях, приближенных к эксплуатационным.- По итогам работы по проекту «Актуальные проблемы механики объемных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)» опубликовано 1 статья (из 1 запланированной) в журналах Q1-Q2 (SJR) и 2 дополнительные статьи (Scopus), 2 статьи проходят редакционный процесс в журналах Q1-Q2 (SJR), подана 1 заявки (из 1 запланированной) на изобретение, привлечено средств за счёт переходящих или выигранных проектов за 2020 год– 20,5 млн.р. и за весь период проекта – 37 млн. руб., защищена 1 кандидатская диссертация и подано заявок на проекты на сумму 13,5 млн. руб.Следует заключить, что в рамках выполняемого проекта, в соответствии с планом научного исследования все работы 3 этапа выполнены в полном объеме.Список достигнутых показателей за 3 этап проекта:Статьи в рецензируемых научных изданиях, индексируемые в Scopus (запланировано 1, опубликовано 1, дополнительно 2 статьи находятся на рассмотрении в редакции журналов):Статьи, направленные в научные издания, относящиеся к квартилям Q1/Q2:1.Bobruk E.V. et al. Influence of ultrafine-grained states on plastic behavior of Al-Mg-Si alloy at elevated temperatures // Advanced Engineering Materials (Q1 SJR/JCR).2.Smirnov I.V., Evstifeev A.D., Valiev R.Z. et al Fracture locus of 5083 aluminum alloy after equal-channel angular pressing // Materials Science & Engineering A (Q1 SJR/JCR).Статьи научного коллектива, публикованные за 3 этап проекта (Scopus):1.Valiev R.Z., Parfenov E.V., Raab G.I., Semenova I.P., Dluhos L. Bulk nanostructured metals for advanced medical implants and devices // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 461. doi:10.1088/1757-899X/461/1/012089.2.Magomedova D.K. Determination of the stress distribution character under static tension of cylindrical samples of coarse- and fine-grained Al 6101 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Принята к печати.Список поданных заявок на патенты (запланировано – 1, подано - 1):1. Валиев Р.З., Кулясова О.Б., Парфенов Е.В., Прокофьев Е.А. «Ультрамелкозернистый сплав Mg-1%Ca и способ его получения»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., 2021-20232.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., 2021-20233.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., 2021-20234.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., 2021-2023Итого:•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 международноеКитай:•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 годуЯпония: •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»

основные результаты по этапу (кратко)

Работы 3 этапа проекта «Актуальные проблемы механики объёмных наноматериалов (часть 2: прикладные исследования)», были нацелены на применение результатов, изложенных в отчёте по 3 этапу проекта «Часть 1. Фундаментальные исследования» для разработки методических и технологических основ для получения 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.

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

Не разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

Не разрешается

обоснование междисциплинарного подхода

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.

обоснование межотраслевого подхода

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.
Короткий заголовокGZ-2020
АкронимM3_2018 - 3
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания20/04/2031/12/20

Ключевые слова

  • объемные наноматериалы
  • интенсивная пластическая деформация
  • механический отклик
  • сверхпрочность
  • сверхпроводимость
  • функциональные свойства
  • стойкость к облучению
  • наноструктурный дизайн
  • разработка новых сплавов
  • разрушение
  • динамическая прочность
  • высокоскоростная деформации
  • Ультрамелкозернистые (УМЗ) материалы