Управлять прочностью металлических сплавов можно с помощью внесения в них пористости произвольного характера. К таким выводам пришли ученые кафедры вычислительной физики Института физики Казанского федерального университета с коллегами из Томского государственного университета.

«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, – рассказал 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 ученого, 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», – объяснил профессор.

Он напомнил, что способность материала 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, – отметил физик. – Так, например, с помощью внесения пористости можно очень аккуратно понижать прочность металлического сплава – получать образец, обладающий меньшей прочностью по сравнению с монолитным аналогом».

Сотрудники кафедры, исследуя сплав никелида титана, смогли 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 эксперимента была выполнена нашими коллегами из Томского государственного университета, которые имеют большой опыт работы с таким уникальным сплавом, как никелид титана».

Другой автор статьи, доцент кафедры вычислительной физики Булат Галимзянов, объяснил уникальность исследования тем, 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, – сказал он. – Так, нами были выполнены расчеты прочностных свойств для нанопористого никелида титана, что позволило существенным образом дополнить полученные экспериментальные результаты и получить общее решение».

Уникальные научные результаты, полученные в ходе исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и программой «Приоритет–2030», представлены в журнале Crystals.