Магистерские программы | Материаловедение и технология легких сплавов

Описание программы

Направление подготовки: 22.04.02 Металлургия

Профиль: Материаловедение и технология легких сплавов

Цель программы: подготовка конкуретноспособных специалистов мирового уровня в области титановых метастабильных сплавов с уклоном в сплавы с памятью формы для специальных технических и медицинских применений.

Магистры с первого курса привлекаются к решению актуальных практических и научно-исследовательских задач, стоящих перед группой «Сплавы с памятью формы», сформированной на базе кафедры ОМД. Научная школа «Сплавы с памятью формы» является ведущей и одной из старейших в этой области в России. Проекты и изобретения регулярно удостаиваются наград на международных выставках и конкурсах.

Группа «Сплавы с памятью формы» имеет тесное и длительное сотрудничество с Высшей технологической школой (École de technologie supérieure, г. Монреаль, Канада) и компанией Globetek 2000 Pty Ltd. (г. Мельбурн, Австралия), а также с ООО «Промышленный центр МАТЭК-СПФ», крупнейшим Российским производителем титановых сплавов с памятью формы. Такое сотрудничество обеспечивает подготовку специалистов на международном уровне.

Область профессиональной деятельности включает вопросы обработки металлов давлением, включая термомеханическую обработку, применительно к титановым метастабильным сплавам (сплавам с памятью формы); знания о структурных механизмах памяти формы металлов, влиянии параметров термомеханических воздействий на фазовые превращения, структуру и функциональные свойства сплавов с памятью формы на основе титана, возможностях их практического применения. Выпускник программы готов к работе как в научной сфере с последующим профессиональным ростом и получением ученой степени, так и в промышленной сфере.

Проекты

01. Разработка технологических основ получения и управления функциональными свойствами сверхупругих наноструктурных титановых сплавов для создания высокобиосовместимых конструкций костных имплантатов

Описание проекта

Перспективными материалами для изготовления внутрикостных имплантатов являются сплавы на основе системы титан-цирконий, дополнительно легированные ниобием и/или танталом для повышения комплекса функциональных свойств, таких как характеристики сверхупругого поведения и величина модуля Юнга, что в сочетании с правильно подобранным режимом термомеханической обработки позволяет добиться высокой степени схожести деформационного поведения имплантируемой конструкции с таковым для плотной (кортикальной) костной ткани. Создание пористых структур на основе сплава Ti-Zr позволит в достаточной степени воспроизвести механическое поведение пористой (трабекулярной) костной ткани. Кроме того, развитая открытая пористость такого материала будет способствовать прорастанию костной ткани во внутренние области имлантата, что обеспечит наилучшую интеграцию и фиксацию конструкции. Управление структурой пористого материала в ходе синтеза и последующей обработки позволит адаптировать конечное изделие под индивидуальные особенности пациента.

02. Фундаментальные исследования особенностей фазовых превращений в сплавах с памятью формы на основе титана

Описание проекта

В области биосовместимых сплавов с памятью формы (СПФ) предлагаемый проект нацелен на определение структурных механизмов мартенситных превращений, расчет ресурса обратимой деформации, всестороннюю оценку полноты реализации этого ресурса и других функциональных свойств в наноструктурных СПФ на основе Ti-Ni и трех- и четырехкомпонентных СПФ на основе Ti-Zr.

03. Разработка технологических основ получения объемных наноструктурных полуфабрикатов сплавов Ti-Ni с повышенными свойствами памяти формы методами квазинепрерырывной интенсивной деформации

Описание проекта

Целью проекта является разработка эффективной технологии получения объемных полуфабрикатов сплавов Ti-Ni с памятью формы общетехнического и медицинского назначения с повышенным комплексом механических и функциональных свойств. А также разработка приемов и режимов управления функциональными свойствами полуфабрикатов СПФ Ti-Ni целенаправленным изменением зеренно-субзеренной структуры матрицы и выделений избыточной фазы. Целевой аудиторией результатов проекта являются промышленные производители сплавов с памятью формы на основе Ti-Ni, потребители сплавов с памятью формы, включая ЗАО «Армгаз-НТ», МОУ «Институт инженерной физики», Globetek 200 Pty Ltd. (г. Мельбурн, Австралия), НИИ имплантатов с памятью формы, Центр хирургрии им Б.В. Петровского РАМН, Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им.Бакулева и другие медицинские организации и промышленные предприятия.

04. Многомасштабное компьютерное моделирование и экспериментальная оценка свойств ОЦК сплавов системы Ti-Zr-Nb для медицинского применения

Описание проекта

Задачей проекта является разработка многомасштабной модели, способной описывать механические и теплофизические свойства медицинских сплавов Ti-Zr-Nb, основываясь изначально только на расчетах из первых принципов. Для решения задач, запланированных в проекте, будет разработан новый межатомный потенциал для сплава Ti-Zr-Nb. Такой потенциал является необходимым условием для исследования указанного сплава методами классического атомистического моделирования (молекулярная динамика и Монте-Карло). Межатомный потенциал позволит рассматривать как сплавы, так и их отдельные компоненты (Ti, Zr, Nb) в широком диапазоне давлений и температур. Параллельно с построением теоретической модели в рамках проекта будут выполняться экспериментальные исследования сплавов Ti-Zr-Nb. Наработанные экспериментальные данные будут привлекаться для верификации (и корректировки) многомасштабной модели Ti-Zr-Nb и, в то же время, будут являться самостоятельными научными данными по механическим свойствам медицинских сплавов. Работы ведутся в тесном сотрудничестве с Объединенным Институтом Высоких температур РАН.

05. Разработка перспективных композиций и методов управления структурой и свойствами наноструктурных сплавов Ti-Zr для достижения предельно высоких функциональных характеристик памяти формы, сверхупругости и биосовместимости

Описание проекта

Классические СПФ на основе Ti-Ni обладают высокими эксплуатационными характеристиками, однако присутствие в их составе токсичного никеля накладывает некоторые ограничения на их применение в медицине, вплоть до полного запрета в некоторых странах. Активно развивающееся поколение новых безникелевых сплавов на основе Ti-Nb, несмотря на высокую биосовместимость, в настоящее время способно лишь частично справиться с задачами, поставленными перед ними медициной, из-за низкого уровня функциональных свойств, прежде всего ресурса обратимой деформации. Кроме того, как известно из наших предыдущих работ, наноструктурное состояние титановых СПФ способствует более полной реализации их потенциала функциональных свойств. Все это делает актуальным создание нового класса наноструктурных СПФ на основе Ti-Zr для биомедицинского применения с кристаллографическим ресурсом обратимой деформации более 6%. Такой ресурс обратимый деформации позволит эффективно использовать не только сверхупругое поведение этих сплавов, но и реализацию эффекта памяти формы, что позволит создавать в том числе и функциональные импланты, полностью заменив сплавы Ti-Ni на рынках, где его применение ограничено или запрещено, например в Японии, Германии и др.

06. Исследование функционального поведения новых сверхупругих сплавов с памятью формы на основе титана в модельных биологических растворах

Описание проекта

Сплавы на основе титана широко применяется в качестве материалов для медицинского применения, включая имплантологию, благодаря особенному сочетанию свойств, а именно высокой прочности, низкой плотности, высокой коррозионной стойкости и хорошей биосовместимости. Материал для костных имплантатов должен удовлетворять требованиям биомеханической и биологической совместимости с костной тканью. Это означает, что его механические свойства должны быть близки к свойствам костной ткани, он должен содержать только безопасные компоненты, которые допущены к медицинскому применению, и демонстрировать высокую коррозионную стойкость в различных биологических средах человеческого организма. Новые безникелевые сверхупругие сплавы с памятью формы на основе титана, полностью удовлетворяют перечисленным выше требованиям. Механическое поведение металлических материалов в большой степени зависит от окружающей среды. Более того влияние окружающей среды может отличаться в зависимости от условий нагружения: сверхупругого или условно-упругого. Так, поскольку имплантаты подвержены обоим условиям нагружения, комплексное исследование особенностей и механизма механического и электрохимического поведения новых сверхупругих сплавов с памятью формы на основе титана при функциональном тестировании в модельных биологических растворах является весьма актуальным.

Материаловедение и технология легких сплавов

Описание программы

Направление подготовки: 22.04.02 Металлургия

Профиль: Материаловедение и технология легких сплавов

Проекты

Описание проекта

02. Фундаментальные исследования особенностей фазовых превращений в сплавах с памятью формы на основе титана

Описание проекта

Описание проекта

04. Многомасштабное компьютерное моделирование и экспериментальная оценка свойств ОЦК сплавов системы Ti-Zr-Nb для медицинского применения

Описание проекта

Описание проекта

06. Исследование функционального поведения новых сверхупругих сплавов с памятью формы на основе титана в модельных биологических растворах

Описание проекта

Востребованность выпускников