PhD (Engineering), junior researcher, senior lecturer of Chair of Materials Science and Physics of Metals
кандидат технических наук, младший научный сотрудник, старший преподаватель кафедры материаловедения и физики металлов
PhD (Engineering), senior researcher
кандидат технических наук, старший научный сотрудник
PhD (Engineering), junior researcher, assistant professor of Chair of Materials Science and Physics of Metals
кандидат технических наук, младший научный сотрудник, доцент кафедры материаловедения и физики металлов
Doctor of Sciences (Engineering), leading researcher
доктор технических наук, ведущий научный сотрудник
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), professor of Chair of Materials Science and Physics of Metals
доктор физико-математических наук, профессор кафедры материаловедения и физики металлов
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor, Director
кандидат физико-математических наук, доцент, директор
Recently, innovative medical techniques for restoring lost functions of patients have been actively developed, in which the use of bio-soluble (bioresorbable) materials is of particular importance. Such materials include alloys based on Mg, Fe, and Zn, and can significantly reduce the cost of surgical operations and shorten the duration of treatment. However, these metals have such disadvantages as insufficient strength and increased fragility to be used in medical implants. Therefore, increasing the mechanical characteristics of bioresorbable alloys is an urgent problem. In this work, the authors solve this problem using an advanced method of plastic treatment – severe plastic deformation (SPD), which, due to active initial structure refinement to nano- and ultrafine state, allows effective improvement of the mechanical strength of metal materials. The authors used the most effective and well-spread SPD method –equal-channel angular pressing (ECAP). The paper presents the results of computer ECAP research of Zn–4Ag–Cu zinc alloy at different deformation rates (0.4 and 7.8 mm/sec) and temperature conditions (150, 200 °C) chosen based on equipment performance potential and conditions to ensure thermal stability of the structure. The patterns of distribution of accumulated deformation degree, deformation rate, average stress values, and temperature-force conditions are obtained. According to the results of computer modeling, the authors recommended carrying out ECAP processing at the temperature of 150, 200 °C and a speed of 0.4 mm/s, which ensures a uniform thermal field at the deformation zone. During the experimental work according to the selected modes, the authors obtained samples after four ECAP cycles, which had advanced mechanical properties improving performance characteristics. The increased strength will allow minimizing the implants’ sizes ensuring less trauma during their installation and faster dissolution in the physiological environment of the body when retaining functionality.
В последнее время активно ведутся разработки инновационных медицинских методик восстановления утраченных функций пациентов. В этих разработках особое значение приобретает использование биорастворимых (биорезорбируемых) материалов. К таким материалам относятся сплавы на основе Mg, Fe и Zn, которые позволяют заметно снизить затраты на проведение хирургической операции и сократить сроки лечения. Но у данных металлов присутствуют недостатки в виде недостаточной прочности и повышенной хрупкости, что ограничивает их применение в медицинских имплантатах. Поэтому повышение механических характеристик биорезорбируемых сплавов остается актуальной проблемой. В настоящей работе данная проблема решалась использованием современного метода пластической обработки – интенсивной пластической деформации (ИПД), которая за счет активного измельчения исходной структуры до нано- и ультрамелкого состояния позволяет эффективно повышать механическую прочность металлических материалов. Использовался наиболее эффективный и распространенный метод ИПД – равноканальное угловое прессование (РКУП). В статье представлены результаты компьютерного исследования методом РКУП цинкового сплава Zn–4Ag–Cu при разных скоростях деформирования (0,4 и 7,8 мм/сек) и температурах обработки (150, 200 °С), выбранных, исходя из технических возможностей оборудования и условий обеспечения термической стабильности структуры. Получены картины распределения накопленной степени деформации, скорости деформации, значений средних напряжений и температурно-силовых условий. По результатам компьютерного моделирования было рекомендовано провести обработку РКУП при 150, 200 °С и скорости 0,4 мм/с, обеспечивающих более однородное тепловое поле в очаге деформации. В ходе экспериментальных работ по выбранным режимам получены образцы после 4 циклов РКУП, обладающие повышенными механическими свойствами, что улучшит и эксплуатационные свойства. Повышенная прочность также позволит минимизировать размеры имплантатов, что обеспечит меньшую травматичность при их установке и ускорит растворение в физиологической среде организма при сохранении функциональности.