Лабораторія фізики наноструктурних біокомпозіти

Коротка історична довідка про підрозділ

- Структура і властивості наноструктурних металевих матеріалів, методи інтенсивної пластичної деформації для отримання об'ємних ультрадрібнозернистих і наноструктурних металевих матеріалів.
- Структура і властивості композитів на основі наноструктурного титану і оксидних і кальцій-фосфатних біопокритія для дентальної імплантології, травматології та ортопедії.
- Створення модифікованих шарів на поверхні сталевих і титанових виробів і виробів з оксидної кераміки методом ультразвукової поверхневої обробки.
- Дослідження градієнтних шарів і покриттів, отриманих за рахунок дифузійного насичення модифікованої ультразвуковим впливом поверхні виробу атомами матеріалу покриття при хіміко-термічній обробці, іонно-плазмовому і газотермічного напилення.
- Фізика взаємодії потоків заряджених частинок з металами і сплавами.
- Фізика міцності і пластичності металів, сплавів і сталей.

Загальна чисельність 16 чоловік, в тому числі:
докторів наук - 3,
кандидатів наук - 4,
аспірантів - 1,
молодих науковців (до 33 років) - 7

Список штатних співробітників

Шаркеев Юрій Петрович - зав. лаб. д.ф.-м.-н. [email protected]
Легостаева Олена Вікторівна - с.н.с. д.ф.-м.н. [email protected]
Седельнікова Марія Борисівна - с.н.с. д.т.н. [email protected]
Єрошенко Ганна Юріївна - н.с. к.т.н. [email protected]
Ковалевська Жанна Геннадіївна - к.т.н. вед. інженер, [email protected]
Назаренко Неллі Миколаївна - к.ф.-м.н. н.с. [email protected]
Попова Ксенія Сергіївна - к.т.н. м.н.с. [email protected]
Білявська Ольга Андріївна - гл. фахівець, [email protected]
Толмачов Олексій Іванович - гл. фахівець, [email protected]
Глушко Юрій Олексійович - вед. технолог, [email protected]
Уваркін Павло Вікторович - вед. технолог, [email protected]
Глухів Іван Олександрович - технолог, [email protected]
Толкачова Тетяна Вікторівна - технолог, [email protected]
Просолов Костянтин Олександрович - інженер, [email protected]
Комарова Катерина Геннадіївна - аспірант, [email protected]

Найважливіші наукові результати

1. Досліджено біокомпозіти на основі наноструктурного титану з модифікованими методом мікроплазмового оксидування поверхнями. Розроблено та виготовлено

напівпромислова установка MicroArc - 3.0 для мікродугового оксидування і нанесення кальційфосфатних покриттів на підкладки з титанових сплавів з широкою варіацією електрофізичних параметрів, що дозволяє отримувати покриття з різними властивостями. Досліджено вплив електрофізичних параметрів мікродугового нанесення на властивості покриттів: товщину, розмір сферолітів і пір і адгезійну міцність покриттів. Показано, що при збільшенні тривалості імпульсів в анодному режимі відбувається лінійне зростання параметрів покриттів: товщини, розмірів структурних елементів при незмінно високому рівні адгезійної міцності. У той же час, зменшення тривалості і частоти проходження імпульсів і додавання катодного струму викликає зниження адгезійної міцності, що пов'язано зі збільшенням загальної пористості покриттів. Вибраний оптимальний склад електроліту і встановлено оптимальний режим їх нанесення. Мікродуговим кальційфосфатние покриття, нанесені в електроліті на основі ортофосфорної кислоти, гидроксилапатита і карбонату кальцію, знаходяться в рентгеноаморфном стані і мають адгезійну міцність до титанової підкладки не менше 25 МПа і пористість 35-45% з розміром пір 5 # 8209; 15 мкм. Рентгеноаморфние кальційфосфатние покриття при взаємодії з Биосреда мають високу швидкість резорбції (розчинення), що вказує на їх биоактивность.

2. Запропоновано комбінований метод отримання заготовок у вигляді прутків наноструктурного і субмікрокристалічної титану ВТ1-0 з однорідною структурою за обсягом заготівлі, що включає багаторазове одновісне пресування в прес формі зі зміною осі деформації і багатоходову прокатку при кімнатній температурі з подальшим Дорекрісталлізаціонний відпалом. Заготовки з наноструктурного і субмікрокристалічної титану рекомендовані до використання в медичній практиці для виготовлення імплантатів, в тому числі, дентальних імплантатів. Титан ВТ1-0 в наноструктурному і субмікрокристалічної станах має високі остеоінтеграціоннимі властивостями.

3. Теоретично на основі математичної моделі дифузійного взаємодії досліджено розчинення кальційфосфатного покриття при взаємодії з біологічною рідиною. Сформульовано і чисельно досліджена модель розчинення окремого сфероліта як подмодель в моделі розчинення фосфату в фізіологічному розчині. Проведено оцінку часу досягнення критичних напружень, що приводять до руйнування сфероліта. Показано, що швидкість розчинення сфероліта, можливий час його руйнування залежать від близькості до поверхні і куті зразка, а також від коефіцієнта дифузії і коефіцієнта концентраційного розширення.

4. Розроблено сучасні конструкції дентальних внутрішньокісткових гвинтових імплантатів з інструментами і приладдям з наноструктурного і субмікрокристалічної титану ВТ1-0 з резорбіруемой кальцій-фосфатних покриттям. Наноструктурний титан ВТ1-0 володіє механічними характеристиками, порівнянними з властивостями легованих титанових сплавів, що застосовуються в медицині, і не містить шкідливих для живого організму легуючих елементів, таких як алюміній, ванадій, молібден. Сукупність таких властивостей дозволяє успішно застосовувати наноструктурний титан в медицині. При цьому резорбіруемой кальцій-фосфатне покриття забезпечує успішну остеоінтеграцію кісткової тканини до імплантату.

5. Показано, що ультразвукова обробка є високоефективним способом модифікування поверхні. Зміна фізико-хімічних і механічних властивостей поверхні матеріалу відбувається за рахунок зміни фазового складу, підвищення концентрації дефектів кристалічної будови, формування субмікрокристалічної (аж до нанорозмірною) структури і стискають внутрішніх напружень.

6. Ультразвукова поверхнева обробка запропонована як спосіб підготовки поверхні перед хіміко-термічною обробкою і нанесенням газотермічних покриттів. Значне підвищення кількості дефектів кристалічної будови поверхневого шару основи при подальшому іонному азотуванні забезпечує інтенсифікацію процесу дифузійного насичення поверхні матеріалу, збільшує глибину одержуваного градиентного шару, змінює співвідношення фаз, що призводить до підвищення зносостійкості одержуваного виробу. При нанесенні газотермічних покриттів на поверхню, оброблену ультразвуком, формування хвилястого субмікрорельефа і модифікованої структури поверхневого шару забезпечує рівномірний вплив імпульсного і напірного тиску рідких крапель напилюваного матеріалу на основу і сприяє утворенню надійної адгезійної зв'язку.

7. Розроблено комплекси для ультразвукової фінішної обробки бандажів локомотивних коліс. Комплекси передані в понад 30 локомотивних депо Росії.

1. Преси на 1200, 1600, 2500 і 6000 кН, прокатні стани з плоскими і струмків валками, вальці - для отримання металевих матеріалів в ультрадрібнозернистих, субмікрокристалічної і наноструктурному станах з високими службовими властивостями.
2. Що просвічує електронний мікроскоп ЕМ-125К - для дослідження мікроструктури металевих матеріалів.
3. Установка для мікродугового оксидування «Microarc-3» - для нанесення оксидних кальцій-фосфатних покриттів на титан і титанові сплави.
4. Оптичний мікроскоп МІМ-9.
5. Мікротвердоміри ПМТ-3М.
6. Профілометр-296.
7. Обладнання філії ЦКП ІФПМ СО РАН і НОЦ ТГУ в ІФПМ СО РАН (Мікротвердоміри Duramin-5, твердомер Duramin-500 A75, растровий мікроскоп Philips SEM 515, рентгенівський дифрактометр ДРОН-7, трибометр "Pin-on-Disc Tribotester", відрізний верстат Secotom-10, шліфувально-полірувальний верстат TetgraPol-15 + TegraForce-1 + TegraDoser-5, стан радіальної прокатки ВЕМ-3 см і ін.).

Зв'язок з вузами. Педагогічна діяльність співробітників

Шаркеев Ю.П. - професор кафедри експериментальної фізики НІ ТПУ.
Ковалевська Ж.Г. - доцент кафедри матеріалознавства технології металів ІФВТ НІ ТПУ.
Просолов К.А. - магістрант НІ ТПУ.
Химич М.А. - аспірант НІ ТГУ.
Чебодаева В.В. - аспірант НІ ТПУ.