Лаборатория физического материаловедения

Лаборатория входит в тесную научную кооперацию со следующими структурными подразделениями университета: Международный научно-исследовательский центр «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» (МНИЦ «КРОМС»); НОЦ «Функциональные наноматериалы»; Балтийский инжиниринговый центр машиностроения (БИЦМ»); Лаборатория магнитно-резонансных методов исследования вещества.

Цели

Комплексные исследования структурно-фазового состояния и физико-химических свойств многокомпонентных сплавов переходных металлов или РЗМ и композитных материалов, полученных в неравновесных условиях методом закалки из жидкого состояния (ЗЖС) по технологии распыления расплава потоком инертного газа (ГРП – «Gas Atomization»), лазерного или гибридно-лазерного плавления (ГЛП), механохимического синтеза (МХС); самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)
Развитие кристаллохимического и физико-химического подходов к теории формирования и устойчивости промежуточных фаз и аморфного (стеклообразного) состояния в сплавах систем переходных металлов (IV-VI) – переходный метал (VIII) – редкоземельный металл (РЗМ) при неравновесном затвердевании расплава и дополнительном легировании неметаллическими компонентами
Создание обобщающих представлений о влиянии структурно-фазового состояния на физико-химические свойства в сплавах исследованных систем и их кристаллохимических аналогов
Применение полученных фундаментальных закономерностей для оптимизации имеющихся и разработки новых инновационных технологических процессов, в том числе: получение сферических коррозионностойких порошковых материалов сплавов с повышенным содержанием РЗМ, включая сплавы для высокоэнергетических постоянных магнитов и микромагнитных систем, порошковых катализаторов, электрохимических источников тока и тепловых элементов, абсорбентов водорода, углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ) и керамики для электроники и биомедицины
Внедрение указанных видов порошковых материалов в порошковую металлургию и аддитивные процессы для производства микросистем, обладающих уникальными магнитными, электрохимическими и абсорбционными свойствами
Разработка новых литейно-лазерных (гибридных) наплавочных технологий для производства биметаллических изделий с повышенными функциональными свойствами, в том числе биметаллических сталемедных и сталеалюминевых проводов и сталеалюминевых сварных соединений (для общего и специального назначений)
Развитие полученных фундаментальных знаний и прикладных результатов на механохимические и СВС процессы производства композитных порошковых материалов с повышенной удельной прочностью, радиационной, жаро- и износостойкостью, в том числе для изделий рентгеновской оптики нового поколения, элементов реактивных двигателей (микро-сопло) специального назначения, автономных малогабаритных химических источники электрического тока и коротковолнового электромагнитного излучения с большой энергией в импульсе
Разработка принципиально нового материала на основе титана и/или циркония, легированного РЗМ, характеризующегося улучшенными свойствами поглощения интенсивного потока нейтронов (для атомной энергетики с новым топливом)
Развитие материально-технической базы, методологического, методического и метрологического обеспечения, кадрового потенциала для создания в Калининградской области Центра (станции) климатических испытаний материалов и изделий спецтехники нового поколения

Деятельность лаборатории
Кристаллохимия микрометаллургических процессов при закалке из жидкого состояния и лазерных технологиях; физико-химия формирования и устойчивости промежуточных фаз и аморфного состояния в многокомпонентных сплавах при затвердевании расплава в неравновесных условиях; распыление расплава потоком инертного газа; порошковые материалы; лазерные сварка, наплавка, отжиг и аддитивные процессы; само распространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) композитов и керамики; особенности и механизмы формирования низкотемпературной плазмы и коротковолнового электромагнитного излучения в процессах СВС; материаловедение и теория термической обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов; лазерная обработка сварного шва для повышения надежности и долговечности сварных конструкций; новые материалы с особыми физико-химическими свойствами, включая порошковые материалы с повышенным содержанием РЗМ для высокоэнергетических постоянных магнитов, катализаторов, тепловых элементов и абсорбентов (накопителей) водорода; титановые и циркониевые сплавы, легированные РЗМ, для атомной энергетики; титановые сплавы биомедицинского назначения; механохимический синтез композитных порошковых материалов; легированные радиационно- и жаростойкие композитные материалы общего и специального назначений; автономные малогабаритные химические источники коротковолнового электромагнитного излучения с большой энергией в импульсе.

Деятельность лаборатории

Кристаллохимия микрометаллургических процессов при закалке из жидкого состояния и лазерных технологиях; физико-химия формирования и устойчивости промежуточных фаз и аморфного состояния в многокомпонентных сплавах при затвердевании расплава в неравновесных условиях; распыление расплава потоком инертного газа; порошковые материалы; лазерные сварка, наплавка, отжиг и аддитивные процессы; само распространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) композитов и керамики; особенности и механизмы формирования низкотемпературной плазмы и коротковолнового электромагнитного излучения в процессах СВС; материаловедение и теория термической обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов; лазерная обработка сварного шва для повышения надежности и долговечности сварных конструкций; новые материалы с особыми физико-химическими свойствами, включая порошковые материалы с повышенным содержанием РЗМ для высокоэнергетических постоянных магнитов, катализаторов, тепловых элементов и абсорбентов (накопителей) водорода; титановые и циркониевые сплавы, легированные РЗМ, для атомной энергетики; титановые сплавы биомедицинского назначения; механохимический синтез композитных порошковых материалов; легированные радиационно- и жаростойкие композитные материалы общего и специального назначений; автономные малогабаритные химические источники коротковолнового электромагнитного излучения с большой энергией в импульсе.


Визит в лабораторию Лихачева А. Е., генерального директора ГК «Росатом», март 2022

Базовое научно-исследовательское и научно-производственное оборудование лаборатории
Лабораторная индукционная печь Ind 500. Позволяет проводить индукционную плавку или электродуговой переплав на медном водоохлаждаемом поддоне с нерасходуемым вольфрамовым электродом в вакууме или защитной атмосфере. Укомплектована приспособлениями для литья и быстрого затвердевания металлических сплавов с температурой расплава до 1700^оC. Является плавильным агрегатом для компактной системы распыления расплава потоком инертного газа. Позволяет получать порошковые материалы тугоплавких сплавов для аддитивных технологий Малогабаритная лазерная технологическая установка МУЛ-1-М. Предназначена для лазерной сварки, пайки и наплавки различных металлов и их сплавов. Установка МУЛ-1-М обладает увеличенной производительностью и предназначена, в первую очередь, для автоматической или автоматизированной лазерной сварки с использованием координатных столов и устройств вращения на производствах, требующих производительного оборудования, а также для сварки (наплавки) деталей, требующих особого интенсивного воздействия излучения лазера Комплекс пробоподготовки, включая отрезные станки, высокоэнергетические планетарные шаровые мельницы (Емах и РМ 100 производителя Retsch GmbH), ручной пресс на 20 тонн (производитель — Retsch GmbH), оборудование и устройства приготовления металлографических шлифов, химического и электрохимического травления макро- и микроструктуры сплава, термической и химико-термической обработки материалов и сплавов в различных средах и вакууме Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр СЕР 01, модель Elvax. Предназначен для экспрессного качественного и количественного анализа состава металлических сплавов, порошков, жидкостей, отложений на фильтрующих элементах, биопроб, продуктов питания на содержание химических элементов от Cl (Z=17) до U (Z=92) в широком диапазоне концентраций. Точность определения массовых долей металлов не хуже 0,1%. Пределы обнаружения примесей тяжелых металлов в легкой матрице не хуже 1 ppm. Предусмотрена возможность смены фильтров первичного рентгеновского излучения и продувка зоны анализа газообразным гелием. Такой режим позволяет выполнять анализы сплавов, содержащих элементы с Z≥12. Прибор укомплектован стандартными образцами для нелегированных сталей, нержавеющих и жаропрочных сплавов, сплавов на основе титана, алюминия и меди. Имеется программное обеспечение («Elvatech MCA Software») и база данных для регистрации спектров рентгеновской флуоресценции исследуемых образцов; измерения энергетического положения и интенсивности линий рентгеновской флуоресценции; идентификации элементного состава исследуемых образцов; измерения содержаний элементов в исследуемом; идентификация марки стали (сплава) Станция сканирования на базе анализатора фрагментов микроструктуры твердых тел SIAMS-800 для получения панорамных изображений в отраженном и проходящем свете, включая металлографический микроскоп OLYMPUS BX-51 и SIAMS Drive System Учебно-образовательный комплекс рентгеновской дифрактометрии на базе установки ДРОН-3М, укомплектованный высоковольтным источником питания (фирмы Spellman High Voltage Electronics Corporation), гониометром ГУР-8 и современным блоком регистрации на базе кристалла-сцинтиллятора, фотоумножителя, дискриминатора и усилителя электрических сигналов. Комплекс имеет дополнительную выносную рентгеновскую трубку с отдельным блоком высоковольтного питания. Это позволяет вести независимую съемку на камерах Дебая (КРУ-114,7) или Лауэ Комплекс механических испытаний материалов. Включает набор современных приборов для измерения микротвердости (ПМТ-3М и SHIMADZU HMV G21ST) и испытательная машина INSTRON ELECTROPULS E1000. Предназначена для проведения испытаний под воздействием циклически изменяющейся нагрузки при различных температуре и средах. Идеально подходят для изучения механики разрушения материалов (многоцикловой и малоцикловой усталости) Микрофокусная рентгеновская система Y.Cheetah. Система рентгеновского контроля с микрофокусом Y.Cheetah предназначена для удовлетворения широкого спектра требований к контролю материалов, деталей и устройств электронной, телекоммуникационной и автомобильной промышленности. Может применяться в области авиации и медицины. Система обеспечивает ранее недостижимую производительность и эффективность как при ручном, так и при автоматическом рентгеновском контроле. Обеспечивает высочайшее качество изображения, что делает ее наиболее эффективным и высокопроизводительным решением для быстрого контроля микрофокусировки в режиме реального времени

Базовое научно-исследовательское и научно-производственное оборудование лаборатории

Лабораторная индукционная печь Ind 500. Позволяет проводить индукционную плавку или электродуговой переплав на медном водоохлаждаемом поддоне с нерасходуемым вольфрамовым электродом в вакууме или защитной атмосфере. Укомплектована приспособлениями для литья и быстрого затвердевания металлических сплавов с температурой расплава до 1700^оC. Является плавильным агрегатом для компактной системы распыления расплава потоком инертного газа. Позволяет получать порошковые материалы тугоплавких сплавов для аддитивных технологий
Малогабаритная лазерная технологическая установка МУЛ-1-М. Предназначена для лазерной сварки, пайки и наплавки различных металлов и их сплавов. Установка МУЛ-1-М обладает увеличенной производительностью и предназначена, в первую очередь, для автоматической или автоматизированной лазерной сварки с использованием координатных столов и устройств вращения на производствах, требующих производительного оборудования, а также для сварки (наплавки) деталей, требующих особого интенсивного воздействия излучения лазера
Комплекс пробоподготовки, включая отрезные станки, высокоэнергетические планетарные шаровые мельницы (Емах и РМ 100 производителя Retsch GmbH), ручной пресс на 20 тонн (производитель — Retsch GmbH), оборудование и устройства приготовления металлографических шлифов, химического и электрохимического травления макро- и микроструктуры сплава, термической и химико-термической обработки материалов и сплавов в различных средах и вакууме
Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр СЕР 01, модель Elvax. Предназначен для экспрессного качественного и количественного анализа состава металлических сплавов, порошков, жидкостей, отложений на фильтрующих элементах, биопроб, продуктов питания на содержание химических элементов от Cl (Z=17) до U (Z=92) в широком диапазоне концентраций. Точность определения массовых долей металлов не хуже 0,1%. Пределы обнаружения примесей тяжелых металлов в легкой матрице не хуже 1 ppm. Предусмотрена возможность смены фильтров первичного рентгеновского излучения и продувка зоны анализа газообразным гелием. Такой режим позволяет выполнять анализы сплавов, содержащих элементы с Z≥12. Прибор укомплектован стандартными образцами для нелегированных сталей, нержавеющих и жаропрочных сплавов, сплавов на основе титана, алюминия и меди. Имеется программное обеспечение («Elvatech MCA Software») и база данных для регистрации спектров рентгеновской флуоресценции исследуемых образцов; измерения энергетического положения и интенсивности линий рентгеновской флуоресценции; идентификации элементного состава исследуемых образцов; измерения содержаний элементов в исследуемом; идентификация марки стали (сплава)
Станция сканирования на базе анализатора фрагментов микроструктуры твердых тел SIAMS-800 для получения панорамных изображений в отраженном и проходящем свете, включая металлографический микроскоп OLYMPUS BX-51 и SIAMS Drive System
Учебно-образовательный комплекс рентгеновской дифрактометрии на базе установки ДРОН-3М, укомплектованный высоковольтным источником питания (фирмы Spellman High Voltage Electronics Corporation), гониометром ГУР-8 и современным блоком регистрации на базе кристалла-сцинтиллятора, фотоумножителя, дискриминатора и усилителя электрических сигналов. Комплекс имеет дополнительную выносную рентгеновскую трубку с отдельным блоком высоковольтного питания. Это позволяет вести независимую съемку на камерах Дебая (КРУ-114,7) или Лауэ
Комплекс механических испытаний материалов. Включает набор современных приборов для измерения микротвердости (ПМТ-3М и SHIMADZU HMV G21ST) и испытательная машина INSTRON ELECTROPULS E1000. Предназначена для проведения испытаний под воздействием циклически изменяющейся нагрузки при различных температуре и средах. Идеально подходят для изучения механики разрушения материалов (многоцикловой и малоцикловой усталости)
Микрофокусная рентгеновская система Y.Cheetah. Система рентгеновского контроля с микрофокусом Y.Cheetah предназначена для удовлетворения широкого спектра требований к контролю материалов, деталей и устройств электронной, телекоммуникационной и автомобильной промышленности. Может применяться в области авиации и медицины. Система обеспечивает ранее недостижимую производительность и эффективность как при ручном, так и при автоматическом рентгеновском контроле. Обеспечивает высочайшее качество изображения, что делает ее наиболее эффективным и высокопроизводительным решением для быстрого контроля микрофокусировки в режиме реального времени

Сотрудники

Савин Валерий Васильевич

заведующий Лабораторией физического материаловедения, инженер-металлург по специальности физика металлов

+7 (4012) 59-55-95 #9116
VVSavin@kantiana.ru

Королев Дмитрий Викторович

ведущий научный сотрудник Лаборатории физического материаловедения, инженер по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» ГМК «Норильский никель»

+7 (925) 465-37-18
Lewis.k@mail.ru

Савина Людмила Алексеевна

старший научных сотрудник Лаборатории физического материаловедения, инженер-металлург по специальности материаловедение и термическая обработка

+7 (4012) 59-55-95 #9012
LSavina@kantiana.ru

Жеребцов Иван Сергеевич

младший научный сотрудник Лаборатории физического материаловедения, инженер ОКБ «Факел»

+7 (906) 238-11-56
zheredcov@mail.ru

Стасюк Игорь Олегович

старший научный сотрудник, инженер Лаборатории физического материаловедения, инженер-металлург по специальности «Технология специальных материалов электронной техники»

+7 (4012) 59-55-95 #9010
stasyuk@mail.ru