Исследование коррозионно-механической прочности и коррозионной усталости сплавов TiNi с различной исходной микроструктурой

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-73-00289

НазваниеИсследование коррозионно-механической прочности и коррозионной усталости сплавов TiNi с различной исходной микроструктурой

Руководитель Чуракова Анна Александровна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук , Республика Башкортостан

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов

Ключевые слова Сплавы системы TiNi, эффект памяти формы, коррозионно-механическая прочность, коррозионная усталость, ультрамелкозернистая структура, наноструктура

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сплавы с эффектами памяти формы (ЭПФ) широко используются в качестве функциональных материалов в различных ответственных отраслях техники, науки и социальной сферы и, в том числе, в медицине. Так, например, устройства из сплавов с ЭПФ в реальных условиях работы (в частности, искусственные клапаны сердца) должны выдерживать большое количество рабочих циклов превращений – более 10 миллионов. Циклы мартенситных превращений в бинарных сплавах TiNi приводят к генерации дефектов при термо- или механоциклировании и постепенной деградации характеристик ЭПФ в процессе циклирования. Автором заявки в кандидатской диссертации было исследовано влияние термоциклирования на структуру, физико-механические и функциональные характеристики бинарных сплавов TiNi в крупнозернистом (КЗ) и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях. Было показано, что в УМЗ сплавах Ti50Ni50 при увеличении количества термоциклов с быстрым нагревом и охлаждением вплоть до n=100 происходит последовательный рост плотности дислокаций, наблюдается уменьшение ширины мартенситных пластин в сплаве Ti50Ni50 и размера аустенитных зерен/субзерен в сплаве Ti49,15Ni50,85. При ТЦ с быстрым нагревом и охлаждением в сплаве Ti50Ni50 и в ультрамелкозернистом, и в крупнозернистом состояниях наблюдается смена тенденции изменения температур мартенситных превращений – при росте числа термоциклов до n=50 они снижаются, а при n>50 – температуры повышаются. Продемонстрировано, что в УМЗ сплавах TiNi предел текучести в результате термоциклирования увеличивается на большую величину, чем в КЗ; это свидетельствует о более интенсивной генерации дислокаций при мартенситных превращениях в УМЗ TiNi с большей плотностью межкристаллитных границ. Работы, проведенные, в том числе с участием автора заявки, показали, что методом интенсивной пластической деформации (ИПД) и отжигов могут быть получены монолитные образцы сплавов NiTi с НК и УМЗ структурой, рекордными прочностными и функциональными свойствами. Также исследования показали, что наноструктурированные образцы сплавов на основе NiTi демонстрируют повышенную стабильность превращений при термо- или механоциклировании. Однако и в наноструктурированных образцах NiTi при нарастании числа циклов температуры превращений изменяются, характеристики сверхупругости снижаются. Биохимическая совместимость физиологических жидкостей и металлических имплантатов в значительной степени определяется электрохимическим взаимодействием между ними, что обычно приводит к переходу металлических ионов в тканевые жидкости. При этом имплантат может содержать и тяжелые элементы, которые являются токсичными для организма. Однако оценивать биохимическую совместимость по концентрации токсичных элементов нельзя, особенно если их введение в состав имплантата приводит к существенному повышению его коррозионной стойкости. Поскольку коррозионные свойства имплантата являются важнейшими показателями биохимической совместимости, необходимо учитывать как непосредственно коррозионные процессы, связанные с переходом ионов через межфазную поверхность, так и реакции, приводящие к образованию плохо проводящих защитных пленок. Как правило, такие защитные пленки задерживают выход токсичных ионов в ткани, в результате имплантат, содержащий токсичные элементы, слабо взаимодействует с окружающими тканями и становится практически инертным по отношению к биологическим средам. Коррозионная стойкость во многом определяется степенью дефектности материала и особенностями имплантации его в организм человека как одного из самых активных носителей агрессивных сред. Ткани представляют сложную биологическую систему, реагирующую на введение имплантата изменением собственной структуры вплоть до физико-механических разрушений. Поэтому важно знать особенности коррозионного поведения, влияющие на биохимическую и биомеханическую совместимость с тканями организма. Одним из лучших медицинских металлических материалов с памятью формы является никелид титана, поверхность которого предохраняется оксидной пленкой, обусловливающей его высокую коррозионную стойкость в биологических средах. После имплантации TiNi в организм на поверхности оксидной пленки титана адсорбируется кальций и фосфор, приводящие к образованию фосфатной пленки, близкой по составу к апатиту. Такая защита в биологических средах ставит TiNi в особое привилегированное положение. Использование сплавов на основе никелида титана в медицине и технике стимулировало широкие исследования электрохимического поведения и коррозионной стойкости этих материалов в различных агрессивных средах. Сплавы TiNi активно изучаются на протяжении десятилетий, были получены важные данные по микроструктуре, механическим и функциональным свойствам данных сплавов в различных структурных состояниях. Но практически отсутствуют данные по коррозионным и электрохимическим свойствам сплавов TiNi, особенный интерес представляет исследование механического поведения в коррозионных средах, и анализ коррозионной усталости сплавов TiNi с различной микроструктурой.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А.А. Чуракова, Э.М. Каюмова Study of corrosion behaviour of TiNi alloy with high Ni content with different microstructure in acid solutions AIP Conference Proceedings, 020038-1 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0163193

2. ЧУРАКОВА А.А., ВОРОБЬЕВ Е.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ СПЛАВА TINI ПОСЛЕ КОРРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ИННОВАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ, Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых. Минск, 2023. Издательство: Белорусский государственный технологический университет (Минск), с. 17-21 (год публикации - 2023)

3. А. А. Чуракова, Э. М. Каюмова КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ И АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА TINI С БОЛЬШИМ СОДЕРЖАНИЕМ NI Наноиндустрия, Том 16, № 3–4, 2023 (год публикации - 2023)
10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.208.219

4. Чуракова А.А., Исхакова Э.И., Каюмова Э.М. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СПЛАВОВ TiNi С РАЗЛИЧНОЙ МИКРОСТРУКТУРОЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ Материалы V Международной конференции «Сплавы с памятью формы» (СПФ-2023), с.33 (год публикации - 2023)

5. ЧУРАКОВА А.А., ИСХАКОВА Э.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СПЛАВОВ TINI РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА ПУТЕМ АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ Сборник трудов Международной конференции "ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ - 2023", с.139-140 (год публикации - 2023)

6. Чуракова А.А., Исхакова Э.И. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ СПЛАВА TINI Кайбышевские чтения: сборник материалов Третьей Международной школы-конференции молодых ученых, с. 150-151 (год публикации - 2023)

7. Чуракова А.А., Исхакова Э.И., Каюмова Э.М. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА TiNi ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМИ МАРТЕНСИТНЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ Тезисы докладов XV Симпозиума с международным участием "Термодинамика и материаловедение", с.191 (год публикации - 2023)
10.26902/THERM_2023_181

8. Чуракова А.А., Исхакова Э.И., Каюмова Э.М. Анализ микроструктуры и поверхности сплавов TiNi после коррозионных испытаний в различных средах СБОРНИК ТРУДОВ международной конференции, посвященной 300-летию Российской академии наук "ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, КРИТИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ", с. 210-213 (год публикации - 2023)

9. Исхакова Э.И., Чуракова А.А. Сравнение коррозионной стойкости сплава Ti-50.9 ат. % Ni с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой ХХVII Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием): тезисы докладов (Нижний Новгород, 16–18 апреля 2024 г.). Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024, c. 634 (год публикации - 2024)

10. Чуракова А.А. Коррозионно-механическая прочность сплава Ti 49.3Ni 50.7 в биологических средах ХХVII Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием): тезисы докладов (Нижний Новгород, 16–18 апреля 2024 г.). Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024, с. 695 (год публикации - 2024)

11. Чуракова А.А., Исхакова Э.И. ANALYSIS OF THE CORROSION BEHAVIOUR OF Ti 49.1Ni 50.9 ALLOY AFTER ELECTROCHEMICAL TESTS Materials. Technologies. Design, Vol. 6, No. 1(16), p. 59-71 (год публикации - 2024)
10.54708/26587572_2024_611659

12. Чуракова А.А. Analysis of corrosion products in TiNi alloy after corrosion tests by X-ray photoelectron spectrometry AIP Conference Proceedings (год публикации - 2024)

13. Чуракова А.А. Corrosion studies of martensitic alloy in different microstructural states by the gravimetry AIP Conference Proceedings (год публикации - 2024)

14. Исхакова Э.И., Чуракова А.А. Исследование коррозионной стойкости сплава Ti49,0Ni51,0 в различных структурных состояниях Актуальные вопросы прочности: Сборник тезисов LXVII Международной конференции (г. Екатеринбург, 2 апреля 2024 г.) / отв. редакторы Д.В. Зайцев. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2024., с. 198-199 (год публикации - 2024)

Публикации

13. Чуракова А.А. Corrosion studies of martensitic alloy in different microstructural states by the gravimetry AIP Conference Proceedings (год публикации - 2024)