Образцы объемных аморфных сплавов циркония. Фото: Дмитрий Горбунов / НИЯУ МИФИ
В России научились печатать на 3D-принтере образцы из уникальных материалов ― аморфных сплавов циркония. Новая технология может быть полезна там, где неэффективны обычные металлы, например, в Арктике, где они становятся хрупкими. Авторы ноу-хау ― ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и их коллеги из Сколтеха.
Аморфные металлические сплавы также называют металлическими стеклами. В отличие от обычных металлов они имеют не кристаллическую структуру, а разупорядоченную; она образуется при воздействии крайне высоких скоростей охлаждения жидкого вещества (до миллионов градусов Цельсия в секунду). Аморфные металлы отличают более высокая коррозионная стойкость и твердость, а также легкость и упругость. Еще одна отличительная особенность ― изотропность: их физико-механические свойства постоянны и одинаковы во всех направлениях. Подобную аморфную структуру имеют, например, оконные стекла. Теперь же такая структура была достигнута у сплавов циркония, который тоже обладает всеми перечисленными полезными свойствами.
Существует разные способы получения аморфных металлов. Среди них ионное облучение, твердофазная реакция, уже упомянутое охлаждение при сверхвысоких скоростях и другие. Проведя ряд предварительных исследований, ученые НИЯУ МИФИ поняли, что наиболее перспективной технологией создания объемных аморфных сплавов на основе циркония является 3D-печать на основе SLM ― селективного лазерного плавления. В разработке технологии помогли коллеги из Сколтеха.
В качестве сырья для 3D-печати был использован высококачественный металлический порошок на основе сплавов циркония. Технологию его изготовления ученые НИЯУ МИФИ разработали совместно с коллегами из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН. Главная сложность в получении аморфных металлов ― их метастабильная неравновесная структура, способствующая их переходу в кристаллическое состояние при воздействии температуры. Несмотря на то, что диапазон рабочих температур ограничен (аморфные сплавы на основе циркония начинают кристаллизовываться уже при 350 °С), ученым удалось провести успешный эксперимент и напечатать ряд образцов из аморфных сплавов на основе циркония. В будущем специалисты планируют начать работу над технологией получения биосовместимых и композитных материалов на основе аморфных сплавов.
Подробнее о новой технологии корреспонденту «Научной России» рассказал доцент кафедры физических проблем материаловедения НИЯУ МИФИ Алексей Сучков.
«Аморфные металлические сплавы уже умеют получать за рубежом, в России же такая технология была реализована впервые. В будущем изделия из аморфных металлов на основе циркония могут найти свое применение в медицине, например, для изготовления не затупляющихся скальпелей, в спортивном деле, в области электроники и не только. Пока мы не видим массового применения аморфных сплавов, но я думаю, что это не исключено, ведь сейчас, в том числе благодаря нашей новой технологии, впервые появилась возможность получать толстостенные образцы больши́х размеров».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ