Ральченков М.Е. - Лауреат Премии им.Николаева А.Г.

Структура и свойства циркониевых сплавов после азотирования

Одной из наиболее важных задач современного материаловедения является повышение эксплуатационных характеристик материалов. Особое значение данная задача имеет в медицине, поскольку всё чаще человечество сталкивается с необходимостью применять протезирование во врачебной практике.
Сплавы на основе циркония активно применяются для создания протезов, шпилек, винтов, черепных пластинок, имплантов, зубных мостов в связи с биологической инертностью и устойчивостью к действию живой ткани.
Эта область использования циркония и его сплавов до сих пор является малоизученной. В частности, малоизученным являются сплавы на основе циркония, легированные ниобием.
Внутри организма человека циркониевые сплавы подвержены коррозии и износу, вследствие взаимодействия с твёрдыми тканями организма или, например, с твёрдой пищей, которую человек употребляет. Заметим, что основным фактором, влияющим на срок службы изделий, является качество поверхностного слоя. Именно поверхностный слой определяет такие свойства деталей, как коррозионная стойкость, сопротивление усталостному разрушению, предотвращение риска хрупкого разрушения, прочность, твёрдость и износостойкость. Повышение перечисленных характеристик достигается применением различных методов поверхностной обработки. Наиболее перспективна и интересна химико-термическая поверхностная обработка, в частности насыщение поверхностного слоя азотом.
Целью работы является изучение влияния химико-термической обработки (азотирование при различных температурах и временах выдержки) на свойства циркониевых сплавов, применяемых в медицинских целях.
Для выполнения целей работы были разработаны режимы вакуумного азотирования для обработки образцов Zr-25%Nb: нагрев до 540°C c выдержкой 8, 16, 24 часов и нагрев до 800 °C с выдержкой 4, 8, 12 часов с целью совершать азотирование выше и ниже температуры эвтектоидного превращения. В работе исследованы фазовый состав и микроструктура до и после азотирования посредством оптической микроскопии, рентгенофазового анализа, сканирующей микроскопии. Построены зависимости твёрдости по толщине образцов, выявлена глубина нитридного и диффузионного слоя для каждого режима насыщения, проведены трибологические испытания сплава для выявления износостойкости в зависимости от температуры и времени азотирования.
Результаты показали, что азотирование является удачной химико-термической обработкой сплава, позволяющей существенно улучшить свойства материала.