Ocel, která se „léčí“ sama
Ve sci-fi filmech se poškození robotů léčí samo.
Speciální jsou samoopravné nátěrybarvy. V jejich jádru mikrokapsle se speciálním polymerním materiálem. Při jakémkoli mechanickém nárazu, například poškrábání, se kapsle zničí a uvolní se z nich materiál, který pokryje poraněné místo a na povrchu se vytvoří polymerní vrstva. Poškození „léčí“ tím, že reaguje s okraji nepoškozeného povlaku a způsobí jeho zacelení škrábance, stejně jako izoluje oblast od vzduchu, čímž zabraňuje korozi kovu.
Obtížnost výroby oceli s takovým povlakem spočívá jak ve vytvoření nátěru pomocí mikrokapslí, tak v jeho aplikaci.
Barva je koloidní roztok polymerůmodifikátory a mikrokapsle o velikosti několika mikrometrů. Modifikátory, tj. pojiva, jsou potřebné k zajištění toho, že polymery jsou uvnitř mikrokapslí v kapalném stavu. Složení samotné směsi je klasifikováno a její výrobou se zabývá jen několik firem po celém světě – technologie je nová a je zatím v pilotním stadiu.
"Samoopravitelné nátěry jsou speciální barvy"
Kompozice v kapalném stavu se aplikuje na ocel apotom se pojiva odstraní pomocí sušicí pece, přičemž zůstane souvislá polymerní vrstva s mikrokapslemi. Je důležité, aby byl povlak rovnoměrně rozložen a aby nedošlo k poškození samotných kapslí, jinak se vlastnosti oceli budou v různých oblastech lišit.
Pokud trh ocení vlastnosti materiálu, jeho produkce se zvětší a jednotková cena produktu klesne, pak lze předvídat, že se taková ocel rozšíří.
Ocel zabíjející bakterie
Je použita ocel s antibakteriálním povlakemlék. Vyrábí se z něj lékařské nástroje, prvky nemocničních budov jako zábradlí nebo panely na stěnách, kde se obvykle hromadí škodlivé mikroorganismy. Navíc během pandemie z něj řada výrobců zařízení, zejména smartphonů a notebooků, začala vyrábět pouzdra na gadgety.
Existuje několik variant, jak ocelzískává antibakteriální vlastnosti. Častěji se na povrch materiálu nanáší polymerní povlak, který obsahuje ionty stříbra a mědi. Tyto kovy jsou velmi účinné v boji proti mikrobům: při kontaktu ničí jejich skořápky a zabíjejí 99 % mikroorganismů.
Ale je tu další vývoj.Pokud je například ocel ponořena do roztoku elektrolytu a zvláštním způsobem je přivedeno napětí, na povrchu se vytvoří nanostruktury: mikroskopické důlky, hroty a jehličky. Stejně jako kovové ionty poškozují membrány bakterií a zabíjejí je. Technologický proces, při kterém se taková ocel vyrábí, se přitom neliší od již používaných při zpracování materiálu – podobným způsobem se kov leští nebo mu dodává antikorozní vlastnosti.
Oba přístupy jsou bezpečné pro živočišné i rostlinné buňky: jejich velikost značně přesahuje velikost mikrobů, člověk se nemá čeho bát.
Slibnými oblastmi použití oceli s antibakteriálními povlaky je dnes výroba ventilačních a obkladových panelů - například dekorace interiérů v dopravě a provozovnách.
"Metalurgové hledají způsoby, jak vytvořit pevnou i lehkou ocel pro výrobu lehkých dílů"
Heavy Duty Steel – Pro stroje Heavy Duty
Metalurgové hledají způsoby, jak tvořit současněsilná a lehká ocel pro výrobu lehkých dílů. Při výrobě aut se tak zvýší jejich rychlost a bezpečnost řidiče. A při výrobě speciálního vybavení sníží spotřebu paliva odolné a lehké trupy.
K dosažení požadovaných parametrů metalurgové tvoří kovovou konstrukci s kombinací různých fází, z nichž některé poskytují zvýšení pevnosti, zatímco jiné jsou zodpovědné za zachování tažnosti.
Celkem se v metalurgii rozlišuje několik fází oceli:ferit, následovaný perlitem, sorbitem, troostitem, bainity a martenzitem. Ferit se vyznačuje nízkou pevností, přitom je tažný a snadno se natahuje. Čím dále od feritu je fáze, tím vyšší je její pevnost a tím nižší je tažnost.
Pokud přidáte do plastové feritové matriceproložené silnějšími fázemi (například martenzit), získáte „koláč“, který bude plastický a pevný – díky vlastnostem každé z fází. Zároveň je obtížnější získat ocel sestávající z kombinace různých fází, pokud jsou umístěny daleko od sebe.
Feritovo-perlitická ocel se naučila získat již dávno,dnes je to jeden ze standardních úkolů metalurgie. Ferit-troostit a ferito-bainitická ocel je mnohem obtížnější získat, ale velké hutní společnosti to zvládly. Ale silný ferit-martenzit je již výsledkem složitého technologického procesu, který vyžaduje speciální vybavení a určitou úroveň technologického rozvoje.
Ocelové "srdce" elektrických spotřebičů
Jednou z oblastí použití oceli je aselektromagnetický materiál - výroba jader pro transformátory, generátory a elektromotory. Železo je unikátní materiál, který je schopen vytvářet vlastní magnetické pole. Je to dáno jeho atomovou strukturou.
Atom železa má ve své struktuře čtyři otevřené struktury.3d shell a místo deseti elektronů je jich jen šest. V případě některých prvků (kromě železa např. nikl a kobalt) se vyplnění dvou elektronů v 4s obalu, který je nejdále od jádra, stává energeticky výhodnějším než plnění ve 3d obalu. Zůstane tak několik elektronů, jejichž orbitální a spinové magnetické momenty nejsou kompenzovány, rotují na oběžné dráze kolem jádra a vytvářejí své vlastní magnetické pole.
Některé kovy (zlato, hliník) mají elektronyna skořápkách se vzájemně kompenzují, díky čemuž materiály nevytvářejí magnetické pole. Existuje mnoho dalších kovů s nedokončenými d-slupkami, které lze zmagnetizovat, ale pouze železo, nikl a kobalt vykazují tyto vlastnosti při pokojové teplotě, nejen ochlazené.
Ocel v elektronice musí být dobře zmagnetizovánave vnějším magnetickém poli a při změně jeho směru rychle remagnetizovat. U většiny průmyslových a rezidenčních sítí k tomu dochází 50krát za sekundu. Hlavním požadavkem v tomto procesu je právě snadnost obrácení magnetizace, která zajistí minimální spotřebu energie při provozu hotového výrobku.
Železo jako materiál je krystalickéstruktura, ve které jsou atomy umístěny na vrcholech okrajů a ve středu krychlí. Skoro jako v Legu. Ukazuje se, že jednotlivá magnetická pole každého atomu se sčítají do společného pole – části vyrobené ze železa se díky němu mohou remagnetizovat, být přitahovány k magnetům nebo samy působit ve své roli.
„Železo je jedinečný materiál, který dokáže vytvořit své vlastní magnetické pole“
Jedinečná ocel pro transformátory
Transformátorová ocel je jedním z poddruhůelektrotechnické oceli. Má speciální strukturu, kdy krystalová mřížka každé sekce oceli je rovnoměrně orientována v prostoru, díky čemuž je možné dosáhnout minimálních energetických ztrát při provozu elektrického spotřebiče.
A nyní jednoduchými slovy. Большие объемы стали неоднородны — они состоят из небольших «зерен» металла, в которых атомы образуют кубическую кристаллическую решетку. При этом в обычной стали разные «зерна» могут быть ориентированы по-разному относительно друг друга — их магнитные поля, соответственно, также имеют разные направления.
V transformátorové oceli se metalurgům dařík dosažení odchylky mezi mřížkami různých "zrn" jen o několik stupňů. V důsledku této orientace se získá materiál, který svou strukturou směřuje k jedinému krystalu, jako by v jediné mřížce byly zahrnuty absolutně všechny atomy materiálu a ne jednotlivá „zrna“. Taková struktura kovu z hlediska klasické teorie feromagnetismu je energeticky nejvýhodnější, protože magnetické pole prochází všemi "zrny" v jednom směru a zajišťuje rychlé převrácení magnetizace jádra elektrické jednotky. s minimální ztrátou výkonu.
Technologický výrobní cyklusTransformátorová ocel je nejsložitější v celé metalurgii železa. Ocel se taví za použití určitého chemického složení: například se do ní přidává křemík, díky čemuž se zvyšuje elektrický odpor a povrchové proudy nenarušují magnetické pole. Následuje válcování za tepla, moření, válcování za studena, oduhličovací žíhání, druhé válcování za studena, nanášení ochranného nátěru, vysokoteplotní žíhání, nanášení elektroizolačního nátěru a v některých případech i povrchová úprava laserem.
V každé technologické fázi jsou přijímána rozhodnutíněkolik úkolů, počínaje získáním požadované geometrie pásu a konče vytvořením spojů v povrchových vrstvách kovu nebo po celém průřezu pásu.
Nanostrukturovaná ocel, která vypadá jako guma
Nanostruktura se nazývá strukturálníocel, ve které je zvoleno chemické složení - přidává se mangan, uhlík, chrom - a parametry zpracování tvoří jedinečnou strukturu. Poskytuje vysokou pevnost a tažnost.
Dříve, aby získali takový materiál, taviliocel s nestabilní strukturou, díky které při deformaci přecházely různé fáze kovu z jedné do druhé a měnily své vlastnosti. Jinými slovy, ocel při mechanickém namáhání zpevnila.
A nanostrukturovaná ocel je materiál, vve kterém každé "zrno" má dvojče orientované v opačném směru. Ukazuje se materiál, který se při deformaci nehroutí, ale natahuje - z hlediska vlastností je to spíše pryž. Nanostrukturovaná ocel se může prodloužit až o 50 % své původní délky, aniž by se zlomila, a přesto odolá zatížení 10 tun na centimetr čtvereční. Pro srovnání, běžná ocel je 2,5krát méně pevná a může se prodloužit pouze o 20-25%.
Tento materiál, navzdory tomu, že zatím jehovyráběný pouze ve zkušebním režimu a v malých objemech, má velké vyhlídky v automobilovém průmyslu a strojírenství: nanostrukturní ocel lze použít k získání pevných dílů složitého tvaru. Ale zatímco výroba není sériově vyráběna kvůli složitosti a vysokým nákladům, kvůli tomu je cena každého listu příliš vysoká. Pokud poroste potřeba materiálu, výroba nabere úplně jiné měřítko a pak se cena každého plechu stane přijatelnou - kdo ví, možná v blízké budoucnosti budou z takové oceli vyráběny všechny stroje.
Hutnictví v posledních několika desetiletíchudělala silný krok vpřed: materiály, které byly před půl stoletím považovány za sci-fi, lze nyní získat v průmyslovém měřítku. Mnoho z nich ještě není rozšířeno, ale není známo, jak se bude trh chovat: možná se velmi brzy dočkáme nových typů oceli ve smartphonech, ledničkách a mikrovlnných troubách.
Přečtěte si více:
Ukázalo se, co se stane s lidským mozkem po hodině v lese
Bylo známo, který čaj ničí bílkoviny v mozku
Podivná mořská stvoření v hlubinách oceánu se ukázala být podobná lidem