Ученые Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" и Тольяттинского государственного университета создали теорию, способную значительно ускорить разработку конструкционных материалов с точно заданными свойствами и медицинских имплантатов с индивидуальными характеристиками.
Мощь интенсивной пластической деформации (ИПД)
Методы ИПД стали ключевым инструментом материаловедов для создания современных, высокоэффективных металлических материалов, востребованных в промышленности. Техники вроде кручения под высоким давлением, равноканального углового прессования, винтовой экструзии и многоосевой ковки позволяют получать передовые наноматериалы.
Преимущества микроструктурного измельчения
Суть ИПД заключается в радикальном измельчении внутренней структуры материала до субмикронных размеров, что часто ведет к наноструктурированию. Это значительно улучшает характеристики материала, особенно его прочность. Иногда удается усилить весь комплекс свойств, включая и прочность, и пластичность. Это выгодно отличает ИПД от традиционных методов, где рост прочности обычно снижает пластичность. Кроме того, такое измельчение микроструктуры повышает коррозионную стойкость и улучшает ряд физических свойств.
Теоретический фундамент от Эстрина и Виноградова
Профессор Юрий Эстрин (НИТУ "МИСиС", Университет Монаша, Университет Западной Австралии) и профессор Алексей Виноградов (Норвежский университет науки и технологий, Тольяттинский государственный университет) представили статью с набором теоретических подходов и концепций моделирования. Эти инструменты позволяют предсказывать поведение создаваемых материалов.
Преодоление сложности процессов
"Процессы при интенсивной пластической деформации чрезвычайно сложны, — поясняет Юрий Эстрин. — Это глубокая перестройка микроструктуры. Предсказать характеристики итогового материала, особенно при деформации нескольких материалов одновременно, крайне трудно. Без моделирования на основе надежной физической теории эксперимент становится слепым поиском. Хотя теоретических работ много, моделей с высокой предсказательной силой мало. Мы проанализировали сотни публикаций и десятки моделей, отобрав и усовершенствовав самые эффективные".
Перспективы для медицины: биоразлагаемые имплантаты
Профессора Эстрин и Виноградов видят главный прорывной потенциал ИПД в области медицинских имплантатов. Их научные группы активно работают над созданием костных имплантатов из магниевых сплавов.
"Магниевые сплавы сейчас очень востребованы имплантологами по всему миру благодаря биоразлагаемости. Крайне перспективно иметь имплантат, который несет нагрузку во время восстановления кости, а затем безопасно растворяется в организме. Это исключает повторную операцию по удалению. Теоретически идея проста, но для ее воплощения нужны огромные усилия ученых и обязательное моделирование деформационных процессов", — отмечает Юрий Эстрин.
Создание гибридных материалов с уникальной архитектурой
Еще одно направление исследований, отраженное в обзоре, — создание гибридных материалов с заданной внутренней структурой путем совместной деформации методами ИПД.
Гибридные материалы — это комбинации разных, порой очень непохожих материалов. В отличие от обычных композитов, ключевую роль играет геометрия и взаимное расположение компонентов. ИПД позволяет достичь нужной внутренней геометрии и одновременно наноструктурировать материал. Это открывает путь к уникальным механическим свойствам. Яркий пример — медные сплавы, армированные стальной проволокой, которая при ИПД сворачивается в подобие пружины, обеспечивая редкое сочетание повышенной прочности и высокой пластичности.
Источник: scientificrussia.ru
