Инженеры создали сплав с рекордной памятью формы

Небольшие кусочки сплава подвергли 10 миллионам циклов деформации

Небольшие кусочки сплава подвергли 10 миллионам циклов деформации
(фото University of Kiel).

Для эксперимента сплав разделили на тонкие квадраты

Для эксперимента сплав разделили на тонкие квадраты
(фото University of Kiel).

Небольшие кусочки сплава подвергли 10 миллионам циклов деформации
Для эксперимента сплав разделили на тонкие квадраты

Материалы с памятью формы, а в особенности — металлические сплавы — имеют массу потенциальных применений. К примеру, они незаменимы в проведении некоторых хирургических операций: небольшой кусок такого сплава можно уместить в кровеносный сосуд, и когда искусственная вставка примет свою первоначальную форму, сосуд расширится.

Однако у всех сплавов с памятью формы одна общая проблема — низкая износостойкость. Спустя несколько применений (порой через 10, а иногда после 10 тысяч циклов) они теряли свою способность восстанавливать первоначальную форму. Теперь же команда американских инженеров опубликовала статью в журнале Science, в которой описала новую разработку — сплав из никеля, титана и меди, который может деформироваться и вновь обретать прежнюю форму до 10 миллионов раз подряд.

"Как правило, материалы с памятью формы, использующиеся в малоинвазивной хирургии, способны выполнить свою задачу один или максимум 3-5 раз, но не более. То, что сделали мы, будем надеяться, продвинет технологию вперёд", — говорит ведущий автор исследования профессор Манфред Вуттиг (Manfred Wuttig) из университета Мэриленда в США. (Кстати, на днях Вуттиг также презентовал новый класс магнитов).

Совместно с коллегами из университета Киля в Германии профессор Вуттиг разработал особый метод кристаллизации нового сплава, который и стал ключом к решению проблемы износостойкости. У сплава никеля, титана и меди атомы расположены таким образом, что он может переключаться между двумя различными конфигурациями множество раз. Именно этот "фазовый переход" и отвечает за способность материала множество раз принимать свою первоначальную форму после деформации. Саму же деформацию можно вызвать различными способами — например, воздействуя на материал теплом или сообщая ему электрическое напряжение.

За "сглаживание" процесса переключения между фазами отвечали крошечные частицы примеси Ti2Cu. По словам профессора Вуттига, эти частицы полностью совместимы с обеими кристаллическими структурами титана и меди.

Для эксперимента сплав разделили на тонкие квадраты
(фото University of Kiel).

В ходе эксперимента команда изготовила сплав в небольших камерах площадью в один квадратный сантиметр и толщиной менее чем в один миллиметр. Эти образцы испытывали при помощи тепла и механической деформации в общей сложности 10 миллион раз.

"Деформировать сплав физически было нетрудно, для этого мы просто использовали сжимающее устройство, работающее автоматически. С температурой было сложнее. Пришлось сконструировать небольшую печь, способную быстро нагревать и охлаждать материал. Всего испытания у нас заняли несколько недель", — рассказывает Вуттиг.

Изменения в структуре сплава исследовались при помощи мощных микроскопов и рентгеновских установок. Оказалось, что даже спустя 10 миллионов циклов деформации сплав не получил повреждений и по-прежнему мог принимать первоначальную форму.

Помимо медицины и хирургии новый сплав может найти своё применение в авиационной промышленности, к примеру, для изготовления управляющих поверхностей самолета. Но Вуттиг и его коллеги надеются оснастить своим новым изобретением обычные холодильники.

"В каждом бытовом холодильнике имеется компрессор. Он сжимает и расширяет жидкость, которая претерпевает фазовое превращение. Если вместо жидкости использовать наш новый сплав, то холодильник прослужит дольше", — заключил профессор Вуттиг.