Ученые НИТУ МИСИС в сотрудничестве с коллегами из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН разработали способ улучшения механических характеристик сплава на основе циркония и ниобия (Zr–2,5% Nb), чтобы материал отвечал медицинским стандартам прочности. Технология уже используется на предприятии ООО «3Д-Компонент» в Волгодонске при производстве конструкционных элементов зубных имплантатов.
Материалы из циркония являются биологически инертными металлами, они с меньшей вероятностью вызовут неблагоприятную реакцию организма по сравнению с нержавеющей сталью и титановыми сплавами.
«Сплав циркония и ниобия традиционно применяется в атомной промышленности, где он используется для изготовления различных компонентов ядерных реакторов. Это обусловлено его высокими термическими свойствами и устойчивостью к коррозии, что гарантирует долговечность конструкций в экстремальных условиях работы. Однако, благодаря нашим совместным усилиям, поставленные Чепецким механическим заводом материалы также нашли применение в медицине. В частности, обработанный нами сплав — перспективный материал для изготовления зубных имплантатов и других видов протезов», — поделился к.т.н. Станислав Рогачев, доцент кафедры металловедения и физики прочности НИТУ МИСИС.
Без специальной обработки штатный Zr-2,5% Nb не соответствуют установленным в медицине требованиям: предел текучести должен быть не менее 600 МПа, предел прочности — не менее 800 МПа. Чтобы упрочнить материал, исследователи Университета МИСИС провели серию экспериментов, включающих ротационную ковку и последующую термическую обработку сплава циркония.
«Создание новых материалов и технологий для медицины – одно из важных направлений деятельности Университета МИСИС. Сплавы и покрытия, разработанные нашими учеными, находят применение в хирургии, травматологии и мн. др. Коллектив исследователей кафедры металловедения и физики прочности НИТУ МИСИС под руководством заведующего, д.т.н., профессора Сергея Анатольевича Никулина выявил способ приведения механических характеристик сплава на основе циркония и ниобия к медицинским стандартам прочности. Использование новой технологии обработки материалов позволяет расширить области применения сплава – например, в биомедицине», — ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Исследователи показали, что ротационная ковка при температурах 200–300°C формирует ультрамелкозернистую структуру сплава с высокой плотностью дислокаций, увеличивая прочность примерно в 2,5 раза. После отжига при температуре 400°C структура стабилизируется, что снижает уровень напряжения и увеличивает пластичность материала. Эта методика обработки позволит предприятиям значительно улучшить потребительские характеристики медицинской продукции. Подробные результаты исследования опубликованы в научном журнале Transactions of the Indian Institute of Metals (Q2). Работа выполнялась по государственному заказу (№ 075–01176–23–00).
