Псевдосплавы применяют для получения композиций из несмешивающихся металлов. Таким способом создают материалы, состоящие из вольфрама и меди или железа и серебра. Методы получения псевдосплавов с новыми свойствами разрабатывают и применяют ученые Новосибирска и Томска. Результаты совместных исследований опубликованы в журнале Materials Letters.
Металлические сплавы распространены повсеместно, они используются гораздо чаще, чем чистые металлы. Однако не все из них возможно сплавить стандартными способами. В таких случаях ученые экспериментируют с псевдосплавами, для получения которых порошки металлов смешивают, компактируют и спекают. Готовый многофункциональный материал объединяет в себе характеристики исходных металлов.
Псевдосплавы незаменимы в электротехнике, например из них делают контакты, через которые коммутируют большие токи. Медь электропроводна, но нестойка в условиях электрического разряда и подвержена эрозии. Разрушению контактных поверхностей в составе псевдосплава может препятствовать вольфрам. Таким образом, композит из этих металлов дает новый материал, в котором медь обеспечивает электропроводность, а вольфрам — постоянство форм и размеров изделия.
Порошки псевдосплавов получают разными методами, один из самых эффективных — электровзрыв. По проволоке, свитой из двух металлов, пропускают мощный импульс электрического тока. Когда проволока перегревается, происходит взрыв. Остывающие микрочастицы разных металлов объединяются между собой, образуя искомый псевдосплав в виде порошка, с зернами нано- и субмикронного размера. «Электровзрывной метод начали осваивать еще в СССР. Получение металлических порошков сегодня не проблема, мы лишь развили эту технологию и научились получать наночастицы псевдосплавов, — рассказал руководитель лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов Института физики прочности и материаловедения СО РАН доктор технических наук Марат Израильевич Лернер. — Наночастица размером менее 100 нанометров состоит из двух несмешивающихся металлов. При смешивании порошков соединить мелкие наночастицы практически невозможно. Мы же повышаем однородность псевдосплава, и он приобретает новые свойства».
С 2013 года в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН и Институте гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН исследуют псевдосплавы железа и серебра. Эти работы проводятся под руководством ведущего научного сотрудника ИХТТМ СО РАН доктора химических наук Бориса Борисовича Бохонова. Здесь порошки псеводосплавов получают с помощью механического сплавления, для чего используют метод электроискрового спекания.
«На данном этапе нам интересно исследовать особенности спекания электровзрывных порошков при пропускании электрического тока. При нагреве током под давлением металлы спекаются очень быстро, — объяснила ведущий научный сотрудник ИГиЛ СО РАН доктор технических наук Дина Владимировна Дудина. — Быстрое спекание позволяет сохранить малый размер кристаллитов (зерен) в спеченном материале. При традиционном спекании зерно металла растет, и уникальные свойства наноструктурного псевдосплава теряются. Полученные псевдосплавы мы исследуем методами мёссбауэровской спектроскопии, рентгенофазового анализа, а также растровой и просвечивающей электронной микроскопии».
По словам ведущего инженера лаборатории ионики твердого тела ИХТТМ СО РАН Сергея Анатольевича Петрова, мёссбауэровская спектроскопия дополняет данные рентгенофазового анализа, который не всегда дает достаточную информацию о структуре материала, полученного в неравновесных условиях.
Псевдосплавы железо-серебро преобразовывают и в другие материалы. Например, можно подобрать реагент для селективного растворения одного из металлов. В данном случае использовали соляную кислоту, которая растворяет железо из сплава. Таким способом получили пористое серебро, из которого делают фильтры, мембраны или материалы с антимикробной активностью. Кроме уже освоенных направлений, ученые компактируют аморфные (некристаллические) сплавы на основе железа. Их используют для упрочнения более мягких металлов, например алюминия.
«Мы также синтезируем порошки и других псевдосплавов, например тантала и меди, — сказал Марат Лернер. — Тантал — биоинертный материал, который широко применяется для имплантации. Любая хирургическая операция приводит к заражению микроорганизмами. Нет способов обеспечить абсолютную стерильность, и пациентам длительный период приходится пить антибиотики. Медь — биоактивный металл, который подавляет размножение микроорганизмов. Таким образом, на основе псевдосплава тантал-медь можно производить самостерилизующиеся имплантаты. Сейчас мы пытаемся формировать объемные металлические детали сложной формы из порошков псевдосплавов с помощью аддитивных технологий».
Глеб Сегеда
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии