(10.01.2024)
Сотрудники кафедры вычислительной физики Института физики Казанского федерального университета совместно с коллегами из Томского государственного университета научились управлять прочностью металлических сплавов с помощью внесения в них пористости произвольного характера. Проведение научных исследований соответствует целям национального проекта "Наука и университеты".
Уникальные научные результаты, полученные в ходе исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и программой "Приоритет–2030", представлены в журнале Crystals.
"Металлический сплав никелида титана, в котором оба химических элемента — никель и титан — содержатся в одинаковых пропорциях, обладает уникальными физическими свойствами, определяющими его применение в самых разнообразных областях, — рассказывает один из авторов научной статьи, заведующий кафедрой вычислительной физики и моделирования физических процессов, профессор Анатолий Мокшин. — У этого сплава есть так называемый эффект памяти: изготовленная из него деталь способна полностью восстанавливать при определенных температурных условиях свою изначальную форму. Кроме того, сплав никелида титана биосовместимый, он не отторгается организмом, поэтому он активно используется для изготовления медицинских инструментов, имплантов и протезов".
По словам Анатолия Васильевича, требования к металлическому импланту, который вживляется человеку, предъявляются очень серьезные.
"Необходимо, чтобы он обладал строго определенными прочностными характеристиками, которые должны соотноситься с прочностными характеристиками биологической ткани, например, костной, в которую имплант вживляется. Если имплант недостаточно прочен, он быстро разрушится, а если прочность импланта будет выше, чем у биологической ткани, то он будет вызывать деградацию и разрушение ткани, в которую он внедрен и с которой контактирует", — сообщил ученый.
Анатолий Васильевич пояснил, что способность материала тем или иным образом реагировать на внешние механические нагрузки — сдавливание, растяжение, кручение — характеризуется такими параметрами как прочность, твердость, упругость, пластичность.
"Пористость представляет собой в некотором роде уникальный инструмент, с помощью которого можно в определенных рамках управлять общими упруго-пластичными свойствами материала, — проинформировал физик. — Так, например, с помощью внесения пористости можно очень аккуратно понижать прочность металлического сплава — получать образец, обладающий меньшей прочностью по сравнению с монолитным аналогом".
По словам Анатолия Мокшина, сотрудникам кафедры, исследуя сплав никелида титана, удалось получить общее уравнение, с помощью которого можно заранее определять прочностные характеристики сплава в зависимости от того, каким образом в нем реализуется пористость.
"Этих важных научных результатов удалось достичь при сочетании экспериментальных работ с работой по моделированию неравновесной атомистической динамики, — сказал профессор КФУ. — При этом экспериментально–тестовая часть работ была выполнена нашими коллегами из Томского государственного университета, которые имеют большой опыт работы с таким уникальным сплавом, как никелид титана".
По словам другого автора статьи, доцента кафедры вычислительной физики Булата Галимзянова, уникальность исследования заключается в том, что оно выполнено с активным использованием такого метода, как моделирование атомистической динамики.
"Этот метод позволяет с высокой точностью из первых принципов рассчитывать различные физические характеристики исследуемого материала, — сообщил он. — Так, нами были выполнены расчеты прочностных свойств для нанопористого никелида титана, что позволило существенным образом дополнить полученные экспериментальные результаты и получить общее решение".
