Токсикологическая оценка нанокристаллических металлических сплавов с потенциальным применением в авиационной сфере

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 1523 (2022) Цитировать эту статью

1330 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Разработка новых сплавов-кандидатов с выдающимися характеристиками для использования в авиационной сфере является одним из главных приоритетов отрасли. В этом контексте нанокристаллические (нк) сплавы считаются актуальными материалами из-за их особых характеристик, таких как исключительные физические и механические свойства. Однако еще одним важным моментом, который необходимо учитывать при разработке новых сплавов, является потенциальное токсикологическое воздействие, которое эти материалы могут оказывать на людей и другие живые организмы. Целью данной работы было проведение предварительной токсикологической оценки трех NC металлических сплавов (WCu, WAl и TiAl) в форме порошка, полученных методом механического легирования, с применением различных анализов in vitro, включая смесь порошков W-Cu со стандартным размером зерна. в экспериментах для установления сравнений. Эффекты прямого воздействия порошковых суспензий и/или производных от них фильтратов анализировались на трех модельных организмах, репрезентативных для человека и окружающей среды (аденокарциномная линия альвеолярных базальных эпителиальных клеток человека A549, дрожжи Saccharomyces cerevisiae и грамотрицательная бактерия Vibrio fischeri). ). В целом полученные результаты дают новое представление о потенциальном вредном воздействии выбранных NC-сплавов, показывая, что с токсикологической точки зрения NC TiAl является самым безопасным кандидатом в тестируемых модельных организмах и условиях.

Концепция нанокристаллических (нк) материалов, которая была впервые введена Глейтером1 в конкретном случае сплавов, относится к металлу, имеющему средний размер зерна в нанометровом масштабе, причем это значение ниже 100 нм. Необычайные механические, химические и физические свойства этих материалов привлекли внимание научного сообщества, и поэтому NC-металлы стали объектом интенсивных междисциплинарных исследований2,3,4,5,6. Среди выдающихся характеристик, которыми обладают эти материалы, можно выделить их исключительные каталитические и термические свойства, а также высокую прочность, твердость и повышенную износостойкость7, все это обусловлено их специфическими структурными свойствами. Таким образом, использование сплавов с NC может оказать существенное влияние в тех секторах, где существует потребность в применении материалов с этими особыми характеристиками, например, в аэрокосмической или авиационной промышленности.

В последние годы, в связи с сильной конкуренцией, существующей в этой области, разработка новых материалов для авиационных применений стала считаться одним из главных приоритетов этого сектора8. Таким образом, для решения этого вопроса были проведены обширные исследования, направлены усилия на поиск материалов, позволяющих снизить затраты, обеспечивая при этом улучшение их поведения в жестких условиях (износостойкость и коррозионная стойкость, устойчивость к повреждениям…)9, 10,11. Следовательно, выбор элементов для разработки нового сплава-кандидата является важным шагом, который следует тщательно обдумать. В этом контексте метод механического легирования, который позволяет комбинировать элементы, которые трудно или невозможно плавить другими традиционными методами12, выделяется как актуальный метод производства новых сплавов. Более того, в случае металлических наноматериалов было доказано, что легирование значительно расширяет температурный диапазон, в котором предотвращается укрупнение, что является одним из пагубных эффектов, которые эти материалы могут оказывать, когда они постоянно подвергаются воздействию высоких температур4,13,14. В этом отношении несколько NC металлических сплавов показали улучшенное поведение при высоких температурах по сравнению с их чистыми металлическими аналогами15,16.

Помимо исключительных механических и физических характеристик, которыми должны обладать вновь разработанные сплавы, позволяющие использовать их в интересующих областях, следует учитывать их безопасность для человека и окружающей среды. Фактически, токсичность различных соответствующих металлических сплавов, широко используемых в различных областях, таких как биомедицинская или военная (производство медицинских приборов, производство боеприпасов…)17,18, уже оценивалась с использованием методов как in vitro, так и in vivo19,20,21, 22. Однако с развитием в последние годы индустрии аддитивного производства использование металлических порошков в настоящее время стало гораздо более распространенным. Поскольку металлические порошки могут оказаться более токсичными, чем их сыпучие аналоги23, предоставление информации о возможных последствиях, связанных с их обращением и обращением, должно считаться критически важным, учитывая также потенциальное выщелачивание из-за их порчи и разложения.