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.

Разные разности

02.09.2019 17:00:00

...японский космический аппарат «Хаябуса-2» взял образец материала из глубины астероида Рюгу и должен вернуться на Землю в декабре 2020 года...

...разработаны умные очки, компенсирующие возрастную потерю способности глаза к аккомодации...

...у членов парламента Великобритании больше проблем с психическим здоровьем, чем в среднем по популяции...


>>
27.08.2019 16:00:00

В мире сложилась странная ситуация, когда одни стремятся всеми силами уменьшить выбросы углекислого газа, а другие планируют эти выбросы увеличивать – строят всё новые электростанции и котельные для получения энергии из ископаемого топлива

>>
21.08.2019 18:00:00

Может ли финансовый кризис изменять течение вод в реках? Да, согласно исследованию, которое провели швейцарские специалисты из университетов Лозанны, Берна, Женевы и Цюриха

>>
05.08.2019 10:00:00

...как следует из данных, полученных межпланетным аппаратом «Кассини», кольца Сатурна намного моложе самой планеты...

…опубликованы результаты второго этапа проекта «Микробиом человека»...

...ферменты бактерий, обитающих в человеческом кишечнике, могут превратить эритроциты групп крови А в эритроциты «универсальной» крови группы 0...

>>
30.07.2019 17:30:00

Климатологи из Саскачеванского университета проанализировали данные о почти девяти тысячах дождей, собранные с 1964 по 2013 год. Вывод оказался таким: чем сильнее развивается глобальное потепление, тем чаще случаются именно катастрофические ливни.

>>