Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия¹ ; Марийский государственный университет, Йошкар-Ола, Россия²

Н. И. Каракчиева, старший научный сотрудник Лаборатории химических технологий¹, старший научный сотрудник Лаборатории конструирования и производства керамических изделий для микроэлектроники², канд. хим. наук, эл. почта: karakchieva@mail.tsu.ru

Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия

В. Д. Валихов, младший научный сотрудник Лаборатории нанотехнологий металлургии, эл. почта: valihov.snobls@yandex.ru
А. П. Хрусталёв, старший научный сотрудник Лаборатории нанотехнологий металлургии, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: tofik0014@gmail.com

Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия¹ ; Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Бийск, Россия²
В. И. Сачков, заведующий Лабораторией химических технологий¹, старший научный сотрудник², докт. хим. наук, доцент, эл. почта: vicsachkov@mail.tsu.ru

Приведены результаты работы по получению и исследованию свойств магниевого сплава Мг95, модифицированного лигатурами TiAlSс, TiAlZr, TiAlDy. Рассмотрено применение современных технологических режимов получения сплавов с использованием уникальных лигатур, произведенных по гидридной технологии. Легированные сплавы на основе Мг95 получали методом литья в кокиль в специальном тигле с использованием защитной среды аргона для подавления реакционной способности магния. Влияние лигатур исследовали методами оптической и электронной микроскопии. В ходе испытаний на растяжение и по данным рентгенофазового анализа установлено, что при введении лигатуры TiAlDy структура сплава Мг95 имеет различную морфологию зерна, характерную для слитка с естественной кристаллизацией, средний размер зерна составил 432±25 мкм. Влияние на механические свойства характеризуется увеличением удлинения по сравнению с исходным сплавом Мг95. Лигатура TiAlSc позволила снизить долю неравноосных зерен в структуре сплава, однако размер зерна увеличился до 530±25 мкм. Механические свойства сплава Мг95, модифицированного лигатурой со скандием, выделяются наибольшим значением относительного удлинения среди всех спла вов, равным 18 %. Введение лигатуры TiAlZr позволило уменьшить средний размер зерна до 346±25 мкм, а также увеличить предел прочности сплава на 28 % по сравнению с чистым сплавом Мг95. Результаты работы показали перспективность применения лигатур TiAlSc, TiAlZr, TiAlDy для получения магниевых сплавов с повышенными физико-механическими свойствами.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания № FSWM-2025-0010.

1. Pekguleryuz M. O. Fundamentals of magnesium alloy metallurgy. – UK : Woodhead Publishing Ltd., 2013. – 376 р.
2. Аникина В. И. Структура и свойства алюминиево-магниевых сплавов. – Красноярск : Сибирский федеральный ун-т, 2015. – 112 c.
3. Волкова Е. Ф. Современные деформируемые магниевые сплавы: состояние и перспективы применения в высоко технологичных отраслях промышленности. – М. : ВИАМ, 2021. – 392 c.
4. Напалков В. И. Легирование и модифицирование алюминия и магния. – Москва : МИСИС, 2002. – 376 с.
5. Леонов А. А., Трофимов Н. В., Дуюнова В. А., Уридия З. П. Тенденции развития литейных магниевых сплавов с повышенной температурой воспламенения (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 2. С. 3–9.
6. Liu Y., Li K., Luo T., Song M. et al. Powder metallurgical low-modulus Ti – Mg alloys for biomedical applications // Materials Science and Engineering: C. 2015. Vol. 56. P. 241–250.
7. Петров А. А., Сперанский К. А. Магниевые сплавы: перспективные отрасли применения, преимущества и недостатки (обзор). Часть 2. Механизм деформации и анизотропия механических свойств магниевых сплавов // Труды ВИАМ. 2021. № 11. С. 12–24.
8. Silva C. J., Kula A., Mishra R. K., Niewczas M. The effect of Sc on plastic deformation of Mg – Sc binary alloys under tension // Journal of Alloys and Compound. 2018. Vol. 761. P. 58–70.

9. Zhou J., Xin L., Mei D., Xue F. et al. Improving the strength and ductility of magnesium alloys by Sc alloying: An experimental and first-principles study // Materials Science and Engineering: A. 2023. Vol. 887. 145688.
10. Gao M., Chen T. Formation of intermetallic compounds during reaction between Ti and Al – Mg alloys with various Mg contents // Journal of Materials Science & Technology. 2023. Vol. 159. P. 225–243.
11. Githens A., Ganesan S., Chen Z., Allison J. et al. Characterizing microscale deformation mechanisms and macroscopic tensile properties of a high strength magnesium rare-earth alloy: A combined experimental and crystal plasticity approach // Acta Materialia. 2021. Vol. 186. P. 77–94.
12. Liu B.-Y., Liu F., Li B., Nie J.-F. et al. In situ TEM investigation of <c + a> dislocations in magnesium // Magnesium Technology. 2020. P. 135–139.
13. Azzeddine H., Hanna A., Dakhouche A., Rabahi L. et al. Impact of rare-earth elements on the corrosion performance of binary magnesium alloys // Journal of Alloys and Compound. 2020. Vol. 829. 154569.
14. Torbati-Sarraf H., Torbati-Sarraf S. A., Poursaee A., Langdon T. G. Electrochemical behavior of a magnesium ZK60 alloy processed by high-pressure torsion // Corrosion Science. 2019. Vol. 154. P. 90–100.
15. Liu L., Wang P., Wang Y., Li W. et al. Mechanism of corrosion behavior induced by precipitates under plastic compressive stress in Mg – Gd – Y alloys // Journal of Rare Earths. 2024. Vol. 12. P. 2183–2195.
16. Croteau J. R., Griffiths S., Rossell M. D., Leinenbach C. et al. Microstructure and mechanical properties of Al – Mg – Zr alloys processed by selective laser melting // Acta Materialia. 2018. Vol. 153. P. 35–44.
17. He Y., Wang R., Yang L., Liu H. et al. Influence of Sc on the microstructure, degradation behavior, biocompatibility in vitro and mechanical property of Mg – 2 Zn – 0,2 Zr alloy // Materials & Design. 2022. Vol. 221. 110863.
18. Zhang C., Wu L., Liu H., Huang G. et al. Microstructure and corrosion behavior of Mg – Sc binary alloys in 3.5 wt.% NaCl solution // Corrosion Science. 2020. Vol. 174. 108831.
19. Munir K., Lin J., Wen C., Wrigh, P. F. A., Li Y. Mechanical, corrosion, and biocompatibility properties of Mg – Zr – Sr – Sc alloys for biodegradable implant applications // Acta Biomaterialia. 2020. Vol. 102. P. 493–507.
20. Yang L., Feng Y., He Y., Liu H. et al. Effect of Sc/Sm microalloying on microstructural and properties of Mg – 2 Zn – 0,3 Ca biodegradable alloy // Journal of Alloys and Compound. 2022. Vol. 907. 164533.
21. Xie T., Zhao P., Chen Y., Zhang M. et al. Investigation on the corrosion behavior of single-phase and binary-phase Mg – Sc alloys: An experimental and first-principles study // Materials Characterization. 2020. Vol .179. 111294.
22. Bahmani A., Lotfpour M., Taghizadeh M., Kim W.-J. Corrosion behavior of severely plastically deformed Mg and Mg alloys // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10. P. 2607–2648.
23. He M., Yang Y., Ma Q., Cheng Y. et al. Structural, electronic, and mechanical properties of Mg – Dy intermetallic phases studied by first-principles calculations // Smart Materials in Manufacturing. 2024. Vol. 2. 100055.
24. Liu D., Yang D., Li X., Hu S. Mechanical properties, corrosion resistance and biocompatibilities of degradable Mg-RE alloys: A review // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. P. 1538–1549.
25. Каракчиева Н. И., Абзаев Ю. А., Князев А. С., Сачков В. И., Курзина И. А. Фазовый состав композиционных материалов Ti – Al – Me (Me = Sc, Y, Dy, Ho, Ta), полученных «гидридной технологией» // Южно-сибирский научный вестник. 2022. T. 45, № 5. С. 28–33.
26. Пат. 2798498 C1 РФ. Способ получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций и устройство для его осуществления / Марченко Е. С. ; заявл. 12.07.2022 ; опубл. 23.06.2023, Бюл. № 12.
27. Пат. 2841639 РФ. Способ получения сплавов на основе тройных интерметаллидов / Сачков В. И. ; заявл. 20.11.2024 ; опубл. 11.06.2025.
28. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – Введ. 01.01.1986.
29. Tsai M.-H., Chen M.-S., Lin L.-H., Lin M.-H. et al. Effect of heat treatment on the microstructures and damping properties of biomedical Mg – Zr alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509, Iss. 3. P. 813–819.
30. Benzarti Z., Itani S., Castro J. D., Carvalho S., Ramos A. S. Design multifunctional Mg – Zr coatings regulating Mg alloy bioabsorption // Journal of Magnesium and Alloys. 2024. Vol. 12, Iss. 4. P. 1461–1478.