В настоящее время профессорско-преподавательский состав, аспиранты, соискатели и сотрудники продолжают научные исследования в направлениях, заложенных в отраслевой лаборатории кафедры профессорами Д.Я. Брагиным, И.Н. Шкановым и др. Однако перечень научных направлений значительно расширился в связи с притоком молодых ученых, бурным развитием современной промышленности, появлением новых материалов и прогрессивных технологий, широким использованием методов математического моделирования, компьютерных и информационных технологий. Развиваемые направления являются ключевыми составляющими для создания перспективных изделий и соответствуют основным мировым тенденциям развития материалов и технологий.

Перечень направлений научных исследований:

Разработка ресурсосберегающих и экологически чистых технологий и оборудования для нанесения полимерных порошковых покрытий специального назначения (Э.Р. Галимов, В.Л. Федяев, Э.Е. Тукбаев, Н.Я. Галимова).
Проведены экспериментально-теоретические исследования, направленные на определение оптимальных режимных и конструктивно-технологических параметров, обеспечивающих получение полимерных порошковых покрытий с заданным комплексом эксплуатационных свойств, в том числе с использованием методов математического моделирования. Разработаны высокоэффективные ресурсосберегающие технологические процессы и комплекс специализированного оборудования для нанесения покрытий различного функционального назначения (световозвращающие, защитно-декоративные и др.) на поверхности различных по природе материалов (металлических, неметаллических) в стационарных и полевых условиях. Результаты исследований внедрены на промышленных предприятиях и организациях, получен значительный технико-экономический эффект.

Разработка ресурсосберегающих технологий получения дисперсно-наполненных композиционных материалов на основе термо- и реактопластов с повышенными технологическими, эксплуатационными и специальными свойствами (Э.Р. Галимов, Е.М. Готлиб, В.Л. Федяев, Б.А. Снигерев, Р.Ф. Шарафутдинов, Н.Я. Галимова, А.Р. Гимранова, А.Р. Валеева, М.П. Данилаев, М.А. Клабуков).
Разработаны и оптимизированы составы, технологии получения дисперсно-наполненных композиционных материалов на основе различных по природе полимерных материалов (термопластов, реактопластов) с повышенными технологическими, эксплуатационными и специальными свойствами с использованием в качестве модифицирующих добавок неиспользуемых отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Установлены закономерности влияния состава, размеров, концентрации капсулированных субмикронных частиц на физико-механические свойства дисперсно-наполненных аморфных и кристаллических композиционных материалов. Определены подходы к обеспечению воспроизводимости механических свойств композиционных материалов. Разработан способ капсулирования субмикронных частиц, позволяющий регулировать толщину полимерной оболочки. Показана эффективность использования модифицирующих добавок при производстве композиционных материалов и покрытий для изготовления изделий различного функционального назначения во многих отраслях промышленности, в том числе в машиностроении.

Разработка технологии получения изделий с заданными теплофизическими свойствами для работы в экстремальных условиях на основе синтактических углеродных пен (Э.Р. Галимов, В.Л. Федяев, Э.Е. Тукбаев, М.А. Клабуков, Н.Я. Галимова, Э.Э. Шарафутдинова, В.М. Самойлов, Е.А. Данилов).
Разработаны составы, исследованы структура, свойства и технологии получения углеродных материалов, в том числе синтактических углеродных пен с регулярной пористой структурой. Разработаны технологические маршруты и лабораторные технологии получения теплоизолирующих и теплопроводных углеродных пен. Проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных режимных параметров, обеспечивающих получение углеродных пен с заранее заданной структурой и комплексом эксплуатационных свойств. Исследовано влияние состава, соотношения, сочетания и природы исходных компонентов на изменение комплекса теплофизических и физико-механических свойств углеродных пен. Предложена интегрированная технология, позволяющая получать широкий спектр сверхвысокотемпературных углеродных пористых материалов, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях.

Математическое моделирование, оптимизация технических объектов, материалов и технологических процессов (В.Л. Федяев, Э.Р. Галимов, А.В. Беляев).
Разработаны теоретические основы совокупности процессов, протекающих при нанесении полимерных порошковых покрытий, математически описаны отдельные операции технологий получения синтактических углеродных пен, установлены закономерности изменения физико-механических и других свойств данных пен, иных материалов сложного состава и структуры в зависимости от условий эксплуатации, в том числе экстремальных.
Разработаны математические модели основных стадий адресного нанесения полимерных частиц биндера на углеродную ткань, применяемую при производстве композитных материалов, взаимодействия движителей пропашных тракторов с почвой при разных видах ее обработки.
Полученные результаты позволили определить рациональные технологические режимы, а также сформулировать и решить ряд оптимизационных задач, представить практические рекомендации.
Большая часть результатов, предложенных технических решений внедрена на предприятиях металлургии, химии, нефтехимии, энергетики Татарстана, РФ, стран ближнего зарубежья; два из них включены в Перечень РАН законченных исследований и разработок, готовых к практическому использованию.

Разработка нанонструктурированных полимерных материалов с повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами. Разработка мезопористых полимеров (Р.С. Давлетбаев).
Разработаны: газотранспортные полимерные мембранные материалы для высокоселективного разделения газов (метана, азота, водорода, гелия и углекислого газа); металлкоординированные полиуретаны, обладающие повышенным комплексом физико-механических и электротехнических свойств; первапорационные мембраны для разделения азеотропных смесей и в качестве основы для новых литий-ионных полимерных источников тока; паропроницаемые полиуретановые материалы, стойкие к воздействию агрессивных сред, и лакокрасочные материалы.

Разработка высокоресурсных плазменных теплозащитных покрытий на основе оксида циркония для деталей ГТД (Т.А. Ильинкова).
Разработаны и исследованы порошковые карбидные материалы, усовершенствованы технологические процессы детонационного, плазменного, ионно-плазменного напыления защитных покрытий различного функционального назначения на деталях газотурбинных двигателей по критериям прочности и надежности; исследована усталостная прочность авиационной стали для вертолетов; проведены испытания сварных соединений сталей, сплавов, полимерных материалов, металлографические и прочностные исследования разрушений опасных технических устройств; осуществлена аттестация технологий сварочных процессов.

Разработка методики обоснования сплавов и технологий по критериям структуры и конструкционной прочности; внедрение методики расчета циклической долговечности ответственных деталей; закономерности повреждения сварных соединений сплавов (Ф.И. Муратаев, М.А. Клабуков).
Разработаны и внедрены методики расчета характеристик прочности и долговечности элементов техники. Используются эффективные характеристики истинной диаграммы деформирования сталей, никелевых, титановых Al-Ве сплавов для обоснования их технологических состояний, обеспечивающих высокие значения сопротивления усталости в разных комбинациях нагрузок применительно к условиям работы основных элементов компрессоров, центроплана шасси и панелей летательных аппаратов. Свойства, определяющие конструкционную прочность, согласуются с параметрами структуры сплавов.
Выявлены и проанализированы изменения состава, структуры и свойств поверхности образцов титановых сплавов мартенситного и переходного классов в результате импульсного ударного упрочнения лучом лазера. Обоснованы режимы улучшения антифрикционных свойств высокопрочных титановых сплавов с применением лазерной технологии ударного упрочнения в атмосферных условиях. Оценены изменения состава легирующих элементов титановых сплавов в зоне лазерного воздействия и влияние технологических факторов на изменение микротвердости по величине и глубине от поверхности воздействия на образцы из титановых сплавов.
Определены причины, закономерности и условия зарождения трещин в металле и различных участках сварных соединений нержавеющих сталей. Установлены виды очагов зарождения трещин, их расположение и геометрические особенности в зависимости от направления миграции границ дендритов сварных швов относительно фронта поверхности коррозии. Выявлены дефекты сварных соединений и структуры металла — очагов и причины интенсивного развития нескольких разновидностей электрохимической коррозии. Установлен характер зарождения и особенности развития коррозионных трещин различных участков сварных соединений в зависимости от вида вторичных фаз и загрязненности металла сварных швов.
Определены характеристики состава, структуры и свойств переходной зоны сварного соединения медных и алюминиевых трубок в раструб, выполненного контактной сваркой, представляющий собой в переходной зоне композиционный металл. Выявлены структурные превращения на участках расплавленного металла и твердой фазы и установлены значения распределения твердости на участках сплавления алюминия и диффузионных превращений меди в композитном слое, а также изменение поэлементного состава участков разнородного сварного соединения.

Разработка технологий контактной точечной и рельефной сварки деталей из сталей и легких сплавов. Оптимизация параметров режима дуговой сварки в защитных газах (Е.А. Солопова, В.К. Максимов).
Оптимизированы технологии дуговой сварки в защитных газах металлических материалов, используемых в нефтяной и газовой промышленностях.

Разработка технологий и способов лазерной сварки разнородных сплавов на основе алюминия и титана, меди и стали, разнородных сталей. Разработка технологии высокоскоростной лазерной сварки прорезным швом тонколистовых изделий (С.В. Курынцев).
Разработаны методики исследований распределения легирующих элементов в сварных соединениях из разнородных сплавов и выполнен анализ влияния состава переходного интерметаллидного слоя на микроструктуру и свойства сварных соединений. Моделирование поведения конструкций и элементов, изготовленных из разнородных сплавов методом сварки, при статической нагрузке.

Исследование теплофизических и специальных свойств материалов. Моделирование композиционных материалов. Применение IT в материаловедении и технологии материалов (П.Б. Шибаев).
Разработка алгоритмов прогнозирования комплекса эксплуатационных свойств новых полимерных материалов на основе химической интерпретации метода связевых вкладов и создание на его базе компьютерных программ. Развитие, совершенствование и систематизация метаязыка материаловедения. Изучение различных подходов, применяемых в материаловедении и технологии материалов, при моделировании, прогнозировании и проведении расчетов диаграмм спекания, прогнозировании свойств материалов, металлургических процессов. Разработка компьютерных программ с дополненной реальностью в области материаловедения.