Золото придаст титану твердости

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2016, №9)

s20160914 chemTi Au.jpgЛучший материал для зубных имплантатов, протезов коленных и тазобедренных суставов — титан: он прочен, устойчив к механическому износу, химически инертен и нетоксичен. Однако даже самое лучшее решение можно улучшить. Физики из Университета Райса (США) совершенно случайно обнаружили, что еще более долговечные искусственные суставы можно будет изготавливать из сплава титана с золотом («Science Advances», 2016, 2, 7, e1600319, doi: 10.1126/sciadv.1600319).

Как объясняет автор открытия Эмилия Моросан, несмотря на то, что золото — мягкий металл, сплав титана с золотом в соотношении 3:1 с особенным расположением атомов в три-четыре раза тверже большинства марок стали и вчетверо тверже чистого титана.

Моросан — физик, область ее научных интересов — разработка и получение новых материалов с экзотическими электронными и магнитными свойствами. Эта работа была для нее необычной по целому ряду причин, прежде всего потому, что сплав золота с титаном такого состава был известен раньше и получить его не очень сложно. Известно было даже его строение — атомы титана и золота, упакованные в кубическую кристаллическую решетку, которая часто ассоциируется с твердостью. Остается непонятным, почему именно Моросан и ее коллеги впервые получили сверхчистый образец сплава золота с титаном и описали его уникальные свойства, прежде всего — твердость.

Случайное открытие было сделано в рамках работы Моросан над ее основным исследовательским проектом. Ранее она установила, что сплав двух материалов, не проявляющих магнитных свойств, — золота и титана, взятых в равном соотношении, — обладает магнитными свойствами. Продолжая эти исследования, Моросан получила сплав «титан-3-золото» и решила измельчить его до порошкообразного состояния, чтобы установить его степень чистоты и строение кристаллической решетки методом рентгеноструктурного анализа. На стадии измельчения стало ясно, что с Ti3Au что-то не так. Материал упорно не поддавался даже ступке и пестику с алмазным покрытием. Изучение свойств Ti3Au с помощью специальной аппаратуры показало, что этот сплав тверже чистого титана и многих других материалов.

Исключительной твердостью отличается не любой образец сплава Ti3Au. В зависимости от способа получения атомы могут формировать разные типы кубической кристаллической решетки. Модификация сплава ά-Ti3Au, образующаяся при относительно низких температурах, не ставит рекордов, ее твердость почти такая же, как у чистого титана. Не измельчается в алмазной ступке только сплав аналогичного состава, получаемый при высокой температуре, — модификация β-Ti3Au. Возможно, исключительные механические свойства Ti3Au до сих пор не были зафиксированы из-за того, что материаловеды измеряли твердость сплава, в котором основным компонентом был ά-Ti3Au. Сплав β-Ti3Au представляется перспективным для медицинских применений. Необходимые качества материала для протезирования — биосовместимость и стойкость к износу. Титан и золото сами по себе проявляют хорошую биосовместимость, того же можно ожидать и от β-Ti3Au (не исключено, что он превзойдет по этому свойству чистый титан). Что касается устойчивости к износу, очевидно, что высокая твердость нового материала должна увеличить срок службы имплантатов и протезов.

123

Разные разности

10.01.2020 14:00:00

...астрономы беспокоятся, что многочисленные спутники связи, которые собирается запустить SpaceX и другие компании, помешают наблюдениям Вселенной...

...в эмбрион мыши пересадили донорские стволовые клетки, из которых у взрослой мыши сформировались полноценные легкие...

...зарождению современной европейской цивилизации непреднамеренно способствовала христианская церковь, введя запрет на близкородственные браки...


>>
25.12.2019 18:00:00

Оказывается, из облаков межзвездного и межгалактического газа может идти звездный снег. К такому выводу неожиданно пришли астрофизики из Гонконгского университета.

>>
24.12.2019 17:00:00

Казалось бы, что общего между Октоберфестом и эмиссией метана? Однако исследователи из Технического университета Мюнхена проанализировали экологические последствия фестиваля и оценили выброс природного газа за 16 дней празднований в 201 тыс. литров.

>>
03.12.2019 18:00:00

...43 астронома из восьми стран описали характеристики межзвездной кометы 2I/Borisov, открытой астрономом-любителем Геннадием Борисовым...

...анализ воздуха из антарктических ледяных кернов возрастом до 1,5–2 млн лет показывает, что увеличение длительности ледниковых циклов в последний миллион лет не было вызвано длительным снижением содержания СО2 в атмосфере...

...полностью парализованный человек с электродами, вживленными в мозг, с помощью искусственного интеллекта может управлять воображаемым карандашом...

>>
02.12.2019 18:00:00

Исследователи из Дании, Австралии и США открыли необычную особенность половой жизни пчел: после спаривания с трутнем зрение матки может катастрофически ухудшиться

>>