Как сделать титановый сплав в астронир

Обновлено: 03.07.2024

Ученым удалось получить самый прочный спав титана и золота за всю историю науки. Кроме этого, полученный сплав является полностью биологически совместимым с живыми тканями.

Технология была получена командой ученых, которую возглавила Эмилия Моросан при Университете Райса в Хьюстоне. Сплав, по факту, был получен случайно, так как изначально команда трудилась над созданием магнитного сплава из титана и золота, а в итоге сделала невероятный прорыв сразу во многих областях.

Когда был получен сплав, то его хотели раздробить в порошок, чтобы проверить чистоту, но сделать этого алмазным покрытием не удалось. В итоге технология получила название beta-Ti3Au и официальный статус самого прочного искусственного материала на Земле.

На сегодняшний день сплаву уже нашли применение в буровом деле, в изготовление спортивного снаряжения и пытаются внедрить его в передовую медицину. Титан — один из немногих металлов, который человеческий организм не отторгает, а костная ткань обрастает поверх металла. Таким образом, beta-Ti3Au несомненно найдет свое применение в протезировании конечностей.

Такие вот случаются чудеса. Занимаешься одним делом, а в итоге делаешь невероятный прорыв, меняя современный уровень технологий на несколько пунктов вперед.

Дентальные имплантаты, изготовленные из бинарных титано-циркониевых (ТЦ) сплавов, зарекомендовали себя высокой прочностью, выступая биосовместимой альтернативой чистому титану, особенно в случаях, требующих применения имплантатов малого диаметра. Цель данного обзора — обобщить существующую литературу, освещающую использование бинарных ТЦ-сплавов для эндоссальных дентальных имплантатов, протестированных in vitro, на животных, и в клинических условиях.

И, более того, показать, что с точки зрения биосовместимости и остеоинтеграции ТЦ-сплав нисколько не уступает чистому титану. Из двенадцати источников, соответствующих включенным критериям, в современной литературе подтверждается мнение о том, что имплантаты малого диаметра, произведенные из ТЦ-сплавов, обладают прочностью на 40 % выше, чем имплантаты, которые были произведены из титана марки Grade IV, обработанные холодным способом. При этом коррозионная устойчивость и биосовместимость данных сплавов не уступают таковым чистого титана. Структура поверхности ТЦ-сплавов сопоставима по поддержке остеоинтеграции со стандартными методами обработки поверхности титановых имплантатов. К тому же хорошая остеоинтеграция и высокая степень приживления имплантатов из бинарных ТЦ-сплавов были подтверждены исследованиями, проведенными на животных, а также в клинических условиях.

Введение

На сегодняшний день титан (Ti) остается основным материалом для изготовления дентальных имплантатов, применяемых при лечении пациентов с частичной или полной потерей зубов [1—3]. Это отчасти объясняется высокой устойчивостью титана к коррозии как на воздухе, так и при соприкосновении с биологическими жидкостями, в результате чего на его поверхности образуется оксидная пленка, делая, таким образом, материал биосовместимым. Его механические характеристики, включая оптимальное соотношение прочность — вес и легкость в обработке, также способствуют широкому применению в имплантологии. Более того, титан способствует остеоинтеграции с окружающей костью, и именно это качество обусловливает его успешное применение для дентальных и ортопедических имплантатов [4].

В качестве альтернативы был предложен Ti-6Al-7Nb — сплав титана, алюминия и ниобия. Данный сплав поддерживает прочную микроструктуру Ti-6Al-4V и замещает ванадий нетоксичным ниобием. Хотя подобная структура придает прочность такому биомедицинскому сплаву, не стоит забывать, что существуют еще механизмы химического травления Ti, обеспечивающие изменение шероховатости поверхности для улучшения остеоинтеграции [17]. Более того, сплавы титана, содержащие такие нетоксичные элементы, как цирконий (Zr), ниобий (Nb), тантал (Ta), палладий (Pd) и индий (In), также продолжают исследоваться на предмет их способности соответствовать механической прочности и коррозионной устойчивости Ti-6Al-4V с повышенной биосовместимостью [13, 18, 19]. В частности, при взаимодействии с биологическими жидкостями сплавы с цирконием продемонстрировали как необходимую механическую прочность, так и высокую устойчивость к коррозии [13, 17, 19]. Биосовместимость сплавов на TiZr-основе выше, чем у Ti [20, 21].

Как указано выше, наряду с выбором материала для имплантата важным аспектом, обеспечивающим успех имплантации, также является рельеф и химический состав поверхности. Положительное влияние рельефа поверхности на остеоинтеграцию, достигаемое за счет таких методов, как металлоструйная и пескоструйная обработка и кислотное протравливание, является предметом исследования уже на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время на рынке преобладают микрошероховатые поверхности: они позволяют обеспечить ускоренную интеграцию кости, более высокий процент костно-имплантатного контакта (КИК) и повышенную устойчивость к деформации, что было установлено через показатели выкручивающего момента (ПВМ) при сравнении с титановыми имплантатами с полированной или обработанной на станке поверхностью [22]. Сочетание пескоструйной обработки с кислотным протравливанием поверхности титановых имплантатов, известное как обработка поверхности методом SLA® (Institut Straumann AG, Basel, Switzerland), было протестировано как на животных, так и в клинических условиях и дало результаты, подтверждающие способность рельефа усиливать костную интеграцию и обеспечивать долгосрочную стабильность [23—27]. Кроме того, было продемонстрировано, что гидрофильные поверхности могут быть остеогенными, влияя, таким образом, на созревание и дифференциацию костных клеток [28, 29]. Соответственно, с целью усиления энергии поверхности к вышеупомянутой SLA®-обработке была добавлена техника гидрофилизации, названная SLActive [30]. Данная обработка, включающая в себя промывание микрошероховатых поверхностей азотом и их хранение в солевом растворе вместо воздушной среды, была применена, чтобы улучшить первоначальные влажные условия, снижая риск контаминации и сохраняя при этом более активную поверхность титана. Благотворный эффект на дифференциацию клеток и фактор роста в титановых имплантатах, поверхность которых была обработана по методу SLActive, в сравнении с Ti-имплантатами со SLA-поверхностью был подтвержден in vitro, в опытах на животных и в клинических исследованиях [31—33]. Интересно и то, что наряду с повышенной смачиваемостью есть свидетельство того, что наноструктуры, самопроизвольно образующиеся на SLActive- поверхностях, могут также способствовать более активной реакции кости [34]. При исследовании новых сплавов с повышенной механической прочностью оптимальным было бы сохранять микрошероховатый рельеф и гидрофильные свойства поверхности, которые с полным основанием можно считать неотъемлемым элементом приживляемости Ti-имплантатов. В этом отношении бинарный TiZr-сплав стоит особняком от других сплавов по той причине, что он поддерживает аналогичную Ti-стуктуру и подходит как для SLA-, так и для SLActive-обработки [17]. В результате TiZr является привлекательным материалом для изготовления имплантатов, особенно для имплантатов малого диаметра (ИМД), благодаря своей повышенной прочности, обладая при этом свойствами биосовместимости и остеоинтеграции, присущими Ti. Таким образом, цель данного исследования — обобщить существующую литературу (с 1987 года по апрель 2012-го) по использованию бинарных TiZr-сплавов в эндоссальных дентальных имплантатах, протестированных in vitro, на животных и в клинических исследованиях. И, кроме того, продемонстрировать, что TiZr настолько же хорош, как и золотой стандарт, Ti, с точки зрения биосовместимости и остеоинтеграции.

Методы

С целью анализа всей рассматриваемой литературы относительно исследований бинарных TiZr-сплавов in vitro, на животных и в клинических условиях был использован систематический подход к поиску и изучению источников за период с 1987-го по апрель 2012 года через поисковую систему PubMed.

Результаты

Из двенадцати статей, соответствовавших критериям, четыре были посвящены in vitro и/или исследованиям механических характеристик TiZr [17, 19, 29, 35], пять — функционированию TiZr-имплантатов у животных [21, 36—39], а три давали анализ клинических результатов TiZr дентальных имплантатов [6, 40, 41]. Результаты данных исследований обобщены в таблицах № 1—3.

НИЦ "Курчатовский институт" – ЦНИИ КМ "Прометей" (далее "Прометей") – один из крупнейших материаловедческих центров России и широко известен в мире своими научно-техническими разработками.

Созданные институтом новые конструкционные и функциональные материалы, а также технологии их производства в больших объемах используются для изготовления конструкций и оборудования, работающих в экстремальных условиях.

Одно из основных и приоритетных направлений деятельности "Прометея" – создание титановых сплавов, а также технологии их промышленного производства и сварки для судостроения и атомной энергетики. Титановые сплавы обладают такими уникальными свойствами, как высокая удельная прочность, хладостойкость, немагнитность, коррозионная стойкость в морской воде и других агрессивных средах; возможность работы титановых конструкций в любых природных условиях практически без ограничения ресурса.

Институтом было сформировано новое направление, связанное с разработкой композиций, технологии производства и сварки морских титановых сплавов.

При участии "Прометея" и других предприятий на ПАО "Корпорация ВСМПО – АВИСМА" разработана технология производства крупногабаритных слитков массой до 17 т (рис. 1).

Рис. 1 Титановый слиток

Многие проблемы решены по технологии изготовления различных полуфабрикатов (листов, поковок, профилей, труб, фасонного литья и других). В рамках реализации программы импортозамещения вместо Никопольского Южно-трубного завода (Украина) производство холоднодеформированных труб было освоено на заводах России: ОАО "Машиностроительный завод" (Электросталь) и ОАО "Чепецкий механический завод" (Глазов) [1]. Применение титановых труб в парогенераторах позволило решить проблему применения на судах ядерных энергоустановок [2] (рис. 2).

Большой объем работ выполнен в части разработки технологий аргоно-дуговой и электронно-лучевой сварки. Аргоно-дуговая сварка титана с традиционными разделками свариваемых кромок вызывала необходимость выполнения довольно значительных по высоте усилений швов для обеспечения необходимой прочности. Чтобы уменьшить объем сварки и снизить расход сварочных материалов, были разработаны новые экономичные способы сварки – погруженной дугой и по щелевому зазору [3].

Разработанные в "Прометее" морские титановые сплавы применяются как в корпусных конструкциях, так и в конструкциях судового машиностроения и судовой энергетики.

Научно-технические и технологические разработки "Прометея" позволили обеспечить строительство большой серии глубоководных технических средств из титановых сплавов. Многолетний опыт эксплуатации (более 30 лет) показал их высокую надежность и работоспособность и, соответственно, высокую эффективность применения титановых сплавов.

В настоящее время работы в области титановых сплавов в "Прометее" продолжают развиваться в соответствии с потребностями гражданских и оборонных отраслей промышленности. В области корпусного судостроения ведутся работы по созданию титановых сплавов для глубоководных и спасательных аппаратов, предназначенных для исследования дна Мирового океана, а также для различного рода подводных работ, связанных в основном с добычей полезных ископаемых и нефтегазодобывающей промышленностью. Значимость развития этого направления определяется тем, что альтернативы применению титана для корпусов глубоководных подводных аппаратов практически нет.

В связи с относительно высокой стоимостью титановых полуфабрикатов ведутся работы над созданием титановых сплавов с пониженными стоимостными показателями. Проблема может быть решена как за счет экономии легирующих элементов, так и за счет совершенствования технологических процессов изготовления полуфабрикатов.

Вследствие сокращения финансирования строительства новых и ремонта находящихся в эксплуатации судов в настоящее время особенно актуальной становится проблема обоснованного продления их срока службы. Для ее решения разрабатываются расчетно-экспериментальные методики прогнозирования работоспособности и долговечности конструкций после длительной эксплуатации. После окончания назначенного срока службы использование этих методик в совокупности с обследованием фактического состояния судовых конструкций позволит обоснованно продлевать срок эксплуатации службы титановых конструкций. Планируется продление срока до 50 лет.

Широкое использование титановых сплавов в судовом машиностроении сдерживается низкими трибо-техническими характеристиками титана. Основным методом повышения этих характеристик является упрочнение поверхности деталей. В настоящее время в "Прометее" разрабатываются новые и совершенствуются действующие технологии упрочнения.

В число наиболее эффективных методов упрочнения входят:

термическое и микродуговое оксидирование;
газотермическое (детонационное) напыление;
аргоно-дуговая наплавка твердых сплавов.

Перспективно в настоящее время применение титана для транспортируемых ядерных водо-водяных энергоустановок (ЯЭУ) малой и средней мощности. Титан обладает высокой радиационной стойкостью, быстрым спадом во времени наведенной радиации, высокой коррозионной стойкостью в воде и паре в условиях ядерного облучения, отсутствием коррозионно-механических разрушений и высокими характеристиками кратковременной и длительной прочности при температурах до 400 °С. Быстрый спад наведенной радиации титана позволяет уже через 30 лет после выведения ЯЭУ из эксплуатации подвергать металл рециклингу.

Кроме парогенераторов, титановые сплавы могут применяться для различного оборудования: трубопроводов, конденсаторов, фильтров очистки, циркуляционных насосов, вспомогательного теплообменного оборудования. Титановые сплавы также могут использоваться для теплообменного оборудования стационарных атомных станций, где в качестве охлаждающих сред используются морская вода и солесодержащие воды внутренних водоемов.

В связи с возросшими требованиями к конструкционным материалам по радиационной стойкости, стабильности механических свойств, увеличению срока службы до 60 лет и более рассматривается вопрос об использовании титановых сплавов для корпусов реакторов транспортируемых ЯЭУ малой и средней мощности. Перспективным представляется использование титановых сплавов в качестве материала корпусов контейнеров (герметичных емкостей) для хранения и транспортировки различных радиоактивных и сопутствующих веществ, помещенных в бетон. Титан, обладая высокой коррозионной стойкостью в природных условиях (в атмосфере – в воздухе, в почве, пресной и болотной воде, в морской воде на всех глубинах Мирового океана, в условиях Арктики и Антарктиды), обеспечивает долговременное отсутствие контакта бетона с окружающей средой и, соответственно, радиационную безопасность.

Накопленный институтом более чем полувековой опыт разработки и внедрения титановых сплавов для судостроения и атомной энергетики показал целесообразность и эффективность применения этих уникальных материалов в различных отраслях промышленности. НИЦ "Курчатовский институт" – ЦНИИ КМ "Прометей", обладая высоким научно-техническим потенциалом, постоянно расширяет сферу своих научных исследований и разработок в области титановых сплавов и продолжает удерживать позиции мирового лидера в области их создания.

"Новый оборонный заказ. Стратегии"
2017г., июнь

Алюминиевый сплав это редкий ресурс в Astroneer, который используется для создания большого планетохода, среднего шаттла, и большого сидения для шаттла. В этом гайде я расскажу как сделать алюминиевый сплав в Astroneer.

Чтобы сделать алюминиевый сплав необходима Химическая лаборатория. Для создания самой лаборатории нужно 1250 байт для открытия технологии, ресурсы (1x Керамика 1x Вольфрам 1x Стекло), и Средний принтер, в котором вы и будете создавать эту лабораторию.

Создав лабораторию, найдите Алюминий и Медь, и закиньте его в слоты Химической лаборатории. В итоге алюминиевый сплав будет готов.

Лучшие шаблоны дивизий в Hearts of Iron 4 (hoi4) — по моему мнению!

Октябрь 4, 2021 Октябрь 4, 2021

Август 4, 2021 Август 4, 2021

QuickBinder: как улучшить игровой процесс

Май 28, 2021 Май 28, 2021

About Администратор

One Comment on “Как сделать алюминиевый сплав в Astroneer”

Do you have a spam issue on this site; I also am a blogger,
and I was wondering your situation; we have created some nice methods and we are looking to trade strategies with other folks, why not shoot me an email if interested.

В 1951 году Levanthal G.C. в своей работе “Titanium: a metalforsurgery” [2] выделил титановый сплав Ti-4 Ti-6 (Ti6Al4V), как прекрасный металл для целей и задач восстановительной хирургии и ортопедии. Он считал, что у основанных на титане сплавов есть превосходные свойства для естественной биологической фиксации протезов. У данного титанового сплава, наряду с высоким уровнем биологической совместимости и отсутствием коррозии, показатель модуля эластичности близок к модулю эластичности костной ткани человека. Но из-за недостаточной прочности изделий из чистого титана были разработаны титановые сплавы с использованием легирующих добавок, повышающих модуль упругости конечного изделия, использующегося в медицине.

Титановые сплавы TI6AL4V и Ti6Al4V ELI (ExtraLowInterstitial — супер чистый) это сплавы, сделанные с добавлением 6% алюминия и 4% ванадия. Они являются наиболее распространенными типами титана, используемого в медицине. Из-за высокой биосовместимости с человеческим телом эти сплавы титана обычно используются в медицинских процедурах, а также при пирсинге. Также TI6AL4V и Ti6Al4V ELI, известные как Grade 5 и Grade 23, являются самыми часто используемыми в медицинских целях типами титановых сплавов в США. Эти титановые сплавы за счёт своей более высокой прочности относительно других титановых сплавов типа Grade 1,2,3 и 4 обладают лучшими характеристиками и отличаются большим сопротивлением к перелому. Это обуславливает их использование в качестве основы зубных (стоматологических или дентальных) имплантатов.[3]

Титановый сплав Ti6Al4V ELI (ExtraLowInterstitial — супер чистый) усиленная и более чистая версия сплава TI6AL4V. Это идеальный вариант, когда от титанового сплава нужно получить высокую прочность, отсутствие коррозии, прекрасную биосовместимость и небольшой вес. Он значительно более устойчив к такому явлению, как усталость металла, в сравнении с другими титановыми сплавами. Совокупность данных качеств сделали сплав Ti6Al4V ELI (Grade 23) одним из наиболее востребованных сплавов в медицине и стоматологии, в том числе и дентальной имплантологии.

В настоящее время титановые сплавы являются наиболее часто используемыми металлическими материалами в биомедицинских процедурах. Как правило, их используют для имплантации в целях замещения или восстановления утраченных твердых тканей. Титановый сплав TI6AL4V долгое время является основным медицинским сплавом для производства таких изделий, как искусственные коленные суставы, суставные головки, костные пластины, винты для фиксации костных тканей, протезы сердечного клапана и кардио-стимуляторы.

Читайте также: