Исследование влияния внутренних напряжений и деформации на коррозионные и коррозионно-механические свойства магниевых сплавов медицинского назначения

Магниевые сплавы последние годы находятся под пристальным вниманием не только конструкторов, но и медиков. Это обусловлено уникальной способностью магния и его сплавов растворяться в теле человека без вреда для его здоровья, что открывает перспективу использования магния в качестве материала для биорезорбируемых временных хирургических имплантатов, таких как пластины для остеосинтеза и винты для скрепления костных отломков. Для нашей страны тема изучения биорезорбируемых магниевых сплавов является особенно актуальной с позиции импортозамещения: западные производители медицинских изделий из таких материалов оставили российский рынок в 2022 году, что диктует необходимость получения научных основ для разработки отечественных сплавов. Несмотря на то, что изделия из магниевых сплавов уже коммерчески изготовляются и применяются в медицине, многие фундаментальные механизмы, обуславливающие их поведение в агрессивных средах, к которым относятся и жидкости человеческого организма, являются предметом дискуссий. Например, остается мало изученным влияние на коррозионные и коррозионно-механические свойства внутренних напряжений и деформации материала. Известно, что эти факторы в значительной мере влияют на коррозию таких конструкционных материалов, как трубные стали, однако, касательно магниевых биорезорбируемых сплавов этот вопрос рассмотрен недостаточно детально. В рамках данного проекта предполагается изучить влияние локальной и объемной деформации материала на коррозионные (скорость коррозии, тип и глубина повреждений) и коррозионно-механические (склонность материала к КРН - коррозионному растрескиванию под напряжением) характеристики. Для изучения влияния локальной деформации на коррозию магниевых сплавов планируется деформировать поверхностный слой, царапая его индентором при помощи скретч-тестера Nanovea P-Macro. Деформацию и сопутствующие ей структурные изменения (появление двойников, малоугловых границ и т.д.) предполагается оценивать на поперечных шлифах посредством EBSD-анализа (Electron backscattered diffraction – дифракция обратно отраженных электронов) и атомно-силовой микроскопии. После нанесения царапин планируется проводить коррозионные испытания с использованием in-situ методов исследования: видеомониторинг поверхности, регистрация потенциала разомкнутой цепи и объема выделившегося водорода. После эксперимента планируется оценивать повреждения с использованием сканирующей электронной и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Влияние объемной деформации и внутренних напряжений на коррозию планируется исследовать, нагружая материал на разрывной машине до различных значений выше предела текучести как в сторону растяжения, так и в сторону сжатия, после чего проводить коррозионные испытания. Помимо этого, будет оценена роль внутренних напряжений отдельно от пластической деформации при помощи коррозионных испытаний пластин металла упруго нагруженных по схеме четырехточечного изгиба. Также отдельно будет проведена серия коррозионно-механических испытаний предварительно деформированных на воздухе образцов по методике Slow Strain Rate Tensile для оценки влияния деформации и внутренних напряжений на склонность материала к КРН. Все коррозионные и коррозионно-механические испытания планируется провести в условиях, имитирующих условия человеческого тела. Для исследований предполагается использовать высокочистый магний в качестве модельного материала, а также сплав MgZnCa, из которого планируется первое в РФ производство биорезорбируемых имплантатов на площадке Тольяттинского Госуниверситета. Таким образом, научная новизна проекта заключается в том, что впервые с использованием комплекса современных методов и инструментов будет выявлено влияние, которое деформация и внутренние напряжения оказывают на коррозионные характеристики чистого магния и биорезорбируемого магниевого сплава и их склонность к проявлению КРН в условиях, аналогичных условиям человеческого организма