Магниевые сплавы используют для изготовления хирургических спиц, винтов и пластин, которые не нужно удалять после того, как сломанная кость срослась. Они легкие, прочные, а главное – способны постепенно растворяться в организме и выводиться из него, не оставляя следа. Но у магния капризный характер.
– Его кристаллическая решетка устроена так, что при обработке – ковке, прокатке или экструзии – в материале возникает текстурная анизотропия, из-за чего свойства сплава начинают сильно зависеть от того, с какой стороны и как надавить. В результате при производстве мы рискуем получить заготовку, которая станет слишком хрупкой или, будет растворяться слишком быстро, – поясняет директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ Дмитрий Мерсон.
Авторы работы исследовали сплав ZX10 (система Mg-Zn-Ca) собственной разработки в пяти разных состояниях: от простого литья до сложной термомеханической обработки. Образцы сжимали в разных направлениях, а рядом, на расстоянии двух сантиметров от металла, установили высокочувствительный датчик. Он улавливал акустические сигналы в широком диапазоне частот. Частота записи – два миллиона значений в секунду, так что ни один всплеск энергии не остался незамеченным.
Проведя эксперименты, ученые выяснили, что мощность акустического сигнала зависит от того, как кристаллы развёрнуты относительно направления сжатия. Раньше считалось, что главное – размер зёрен. Если кристаллы правильного размера и "смотрят" в правильную сторону, металл звучит "слаженно" и "чисто". Если нет – звук "рваный" или "слабый", это верный показатель того, что структура сформировалась неудачно.
– Сейчас, чтобы оценить качество сплава, нужно резать образец, шлифовать, травить кислотами и рассматривать под дорогим микроскопом. Это занимает очень много времени, – говорит Дмитрий Мерсон. – Наш новый метод упрощает процесс многократно: поставил образец, сжал, записал звук – и сразу понятно, всё ли в порядке. Если звук слишком тихий, значит, кристаллы "зажаты", и заготовка получилась жёсткой и хрупкой. Если звук слишком мощный, возможно, материал перегрели, и он будет слишком мягким.
Такой способ контроля делает технологию производства медицинских имплантатов более предсказуемой, а значит, снижает риски для пациентов.
Коллектив ученых планирует адаптировать метод для онлайн-мониторинга процессов горячей деформации и расширить спектр исследуемых сплавов.
Результаты своего исследования специалисты НИИПТ ТГУ отразили в статье, которую опубликовал международный научный журнал, специализирующийся на металлургии цветных металлов и сплавов.
