Глубоко в лабораториях рождается новое поколение умных материалов, способных переписывать законы механики. Речь идет не о фантастике, а о реальных сплавах с памятью формы на основе титана и никеля — металлах, которые помнят себя, как люди помнят свое имя. Они уже меняют мир: от миниатюрных медицинских имплантатов, разворачивающихся внутри сосуда, до самовосстанавливающихся конструкций в космосе. Но теперь найден способ заставить эти сплавы стать еще более совершенными, применив контролируемые разряды электрического тока.
В ходе новаторского эксперимента исследователи пропускали короткие, но мощные импульсы тока через сплавы TiNi в тот самый момент, когда те подвергались прокатке. Оказалось, что это сочетание физического давления и энергетического воздействия заставляет материал вести себя удивительным образом. Вместо привычного одноступенчатого превращения при охлаждении, сплав начинает переход через промежуточную стадию, так называемую R-фазу. Чем больше деформация, тем в более широком температурном диапазоне существует эта фаза, что дает инженерам беспрецедентный контроль над поведением материала.
Самое зрелищное открытие ждало ученых, когда они наблюдали за сплавом с равным содержанием титана и никеля. Прямо во время обработки в нем развернулась настоящая метаморфоза: под действием деформации низкотемпературный мартенсит начал превращаться в высокотемпературный аустенит, а затем, по мере продолжения прокатки, снова вернулся в мартенсит. Этот циклический процесс, напоминающий маятник, раскачивающийся между двумя состояниями, открывает путь к созданию материалов с принципиально новыми функциональными свойствами.
В другом сплаве, обогащенном никелем, ток проявил себя как стабилизатор, «замораживая» материал в прочном высокотемпературном состоянии и не давая ему перейти в хрупкую фазу, что обычно происходит при обычной прокатке. Это достижение подобно тому, как если бы удалось сохранить закаленную сталь одновременно прочной и пластичной.
Практические последствия этого открытия трудно переоценить. Оно позволяет, по сути, программировать поведение металлов, создавая медицинские имплантаты, которые идеально адаптируются к температуре тела, сенсоры для роботов с невероятной чувствительностью и способностью к самовосстановлению, а также сверхнадежные детали для космических аппаратов. Ученые, по сути, нашли пульт дистанционного управления для умных металлов, выводя технологии будущего на совершенно новый уровень и открывая двери для инноваций, которые еще вчера казались невозможными.
Результаты исследования опубликованы исследователем из Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Анной Мисоченко в журнале «Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты)».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
