Stål, der helbreder sig selv
I science fiction-film heler skader på robotter sig selv
Selvhelende belægninger er specielle malinger baseret på mikrokapsler med et specielt polymermateriale.Ved enhver mekanisk påvirkning, for eksempel en ridse, ødelægges kapslerne, og der frigives et materiale fra dem, der dækkerDet "helbreder" skaden ved at reagere med kanterne af den ubeskadigede belægning og få den til at helbrede ridsen samt isolere området fra overfladen.luft, der forhindrer korrosion af metallet.
Vanskeligheden ved at fremstille stål med en sådan belægning ligger både i skabelsen af maling med mikrokapsler og i dens anvendelse.
Maling er en kolloid opløsning af polymerermodifikatorer og mikrokapsler flere mikrometer store. Modifikatorer, det vil sige bindemidler, er nødvendige for at sikre, at polymererne er inde i mikrokapslerne i flydende tilstand. Sammensætningen af selve blandingen er klassificeret, og kun få virksomheder rundt om i verden er engageret i dens produktion - teknologien er ny og er stadig i pilotstadiet.
"Selvhelbredende belægninger er specielle malinger"
Sammensætningen i flydende tilstand påføres stål, ogderefter fjernes bindemidlerne ved hjælp af en tørreovn, hvilket efterlader et kontinuerligt polymerlag med mikrokapsler. Det er vigtigt, at belægningen er jævnt fordelt, og at selve kapslerne ikke beskadiges, ellers vil stålets egenskaber være forskellige på forskellige områder.
Hvis markedet værdsætter materialets egenskaber, dets produktion bliver større, og enhedsprisen på produktet falder, kan det forudsiges, at sådant stål vil blive udbredt.
Bakteriedræber stål
Stål med antibakteriel belægning anvendes imedicin. Det bruges til at lave instrumenter af læger, elementer af hospitalsbygninger som rækværk eller paneler på vægge, hvor skadelige mikroorganismer normalt ophobes. Desuden begyndte mange fabrikanter af udstyr, især smartphones og bærbare computere, under pandemien at lave gadgettasker ud af det.
Der er flere variationer af, hvordan stålopnår antibakterielle egenskaber. Oftere påføres en polymerbelægning på overfladen af materialet, som omfatter sølv- og kobberioner. Disse metaller er meget effektive i kampen mod mikrober: ved kontakt ødelægger de deres skaller og dræber 99% af mikroorganismerne.
For eksempel, hvis stål er nedsænket i en opløsningelektrolyt og påfør spænding på en særlig måde, nanostrukturer dannes på overfladen: mikroskopiske brønde, pigge og nåle.De, som metalioner, beskadiger bakteriemembraner og dræberSamtidig adskiller den teknologiske proces, hvorunder sådant stål opnås, sig ikke fraallerede brugt til behandling af materialet – på lignende måde er metallet poleret eller givetDet har korrosionsbeskyttende egenskaber.
Begge tilgange er sikre for dyre- og planteceller: deres størrelse overstiger meget mikrobernes størrelse, en person har intet at frygte.
Lovende anvendelsesområder for stål med antibakterielle belægninger i dag er fremstilling af ventilations- og beklædningspaneler - for eksempel indretning i transport og lokaler.
"Metallurger leder efter måder at skabe både stærkt og letvægtsstål til at lave lette dele"
Heavy Duty Steel - Til Heavy Duty maskiner
Metallurger leder efter måder at skabe samtidigtstærkt og let stål til at lave lette dele. I produktionen af biler vil dette øge deres hastighed og førersikkerhed. Og i produktionen af specialudstyr vil holdbare og lette skrog reducere brændstofforbruget.
For at opnå de ønskede parametre danner metallurger en metalstruktur med en kombination af forskellige faser, hvoraf nogle giver en stigning i styrke, mens andre er ansvarlige for at opretholde duktilitet.
I alt skelnes flere faser af stål i metallurgi:ferrit, efterfulgt af perlit, sorbit, troostit, bainitter og martensit. Ferrit er kendetegnet ved lav styrke, mens det er duktilt og let strækkes. Jo længere fra ferritten er fasen, jo højere er dens styrke og jo lavere er duktiliteten.
Hvis indeslutninger af stærkere faser (for eksempel martensit) tilsættes til en ferritisk matrix af plast, får du en "kage", der vil væreSamtidig er den duktil og holdbar på grund af egenskaberne af hver af faserne.Samtidig er det vanskeligere at opnå stål bestående af en kombination af forskellige faser, hvis de er langt fra hinanden.Anden.
Ferrit-perlitisk stål har lært at få for længe siden,i dag er det en af metallurgiens standardopgaver. Ferrit-troostit og ferrit-bainitisk stål er meget sværere at opnå, men store metallurgiske virksomheder har mestret det. Men en stærk ferrit-martensit er allerede resultatet af en kompleks teknologisk proces, der kræver særligt udstyr og et vist niveau af teknologisk udvikling.
Stål "hjerter" af elektriske apparater
Et af anvendelsesområderne for stål som elektromagnetisk materiale er fremstillingen af kernerne i transformatorer, generatorer og elmotorer.Jern er et unikt materiale, der er i stand til at skabe sit eget magnetfelt.Dette skyldes dets atomstruktur.
Et jernatom har fire åbne 3D-skaller i sin struktur, og i stedet for ti elektroner er der kun seks elektroner på den.I tilfælde af nogle elementer (ud over jern er dette også for eksempel nikkel og kobolt) bliver det energisk fordelagtigt at fylde to elektroner i 4s-skallen, længst væk fraSå der er et par elektroner, hvor orbitale og spin magnetiske øjeblikke ikke kompenseres, de kredser rundt om kernen og skaberEget magnetfelt.
Nogle metaller (guld, aluminium) har elektronerpå skallerne kompenserer hinanden, på grund af hvilke materialerne ikke skaber et magnetfelt. Der er mange andre metaller med ufærdige d-skaller, der kan magnetiseres, men kun jern, nikkel og kobolt udviser disse egenskaber ved stuetemperatur, ikke kun afkølet.
Stål i elektronik skal være godt magnetisereti et eksternt magnetfelt og remagnetisere hurtigt, når du ændrer retning. For de fleste industri- og bolignetværk sker dette 50 gange i sekundet. Hovedkravet i denne proces er netop den lette magnetiseringsvending, som vil sikre minimalt energiforbrug under driften af det færdige produkt.
Jern som materiale er krystallinsken struktur, hvor atomerne er placeret i toppen af kanterne og i midten af kuberne. Næsten som i Lego. Det viser sig, at hvert atoms individuelle magnetfelter lægger op til et fælles felt - på grund af det kan dele lavet af jern remagnetisere, blive tiltrukket af magneter eller selv handle i deres rolle.
"Jern er et unikt materiale, der kan skabe sit eget magnetfelt"
Unikt stål til transformere
Transformerstål er en af underarterneelektriske stål. Det har en speciel struktur, hvor krystalgitteret i hver sektion af stålet er lige orienteret i rummet, på grund af hvilket det er muligt at opnå minimale energitab under driften af det elektriske apparat.
Og nu med enkle ord.Store mængder stål er heterogene - de består af små "korn" af metal, hvori atomer danner et kubisk krystalgitter. Samtidig kan forskellige "korn" i almindeligt stål orienteres forskelligt i forhold til hinanden - deres magnetfelter har henholdsvis også forskellige retninger.
I transformatorstål har metallurger succesat opnå en afvigelse mellem gitterne af forskellige "korn" på blot et par grader. Som et resultat af denne orientering opnås et materiale, der i strukturen tenderer til en enkelt krystal, som om absolut alle atomer i materialet var inkluderet i et enkelt gitter, og ikke individuelle "korn". En sådan struktur af metallet set fra den klassiske teori om ferromagnetisme er den mest energimæssigt fordelagtige, da magnetfeltet passerer gennem alle "kornene" i en retning og giver en hurtig magnetiseringsvending af kernen af den elektriske enhed med minimalt strømtab.
Den teknologiske cyklus af transformatorstålproduktion er den mest komplekse i hele jernholdig metallurgi.Stål smeltes ved hjælp af en bestemt kemisk sammensætning: silicium tilsættes for eksempel til det på grund afhvilket øger den elektriske modstand, og overfladestrømme forstyrrer ikke magnetfeltet.Dette efterfølges af varmvalsning, bejdsning, koldvalsning, afkulning af udglødning, anden koldvalsning, beskyttende belægning, udglødning ved høj temperatur, elektrisk isoleringsbelægning og i nogle tilfælde laseroverfladebehandling.
På hvert teknologiske stadie træffes beslutningerflere opgaver, startende med at opnå den nødvendige strimmelgeometri og slutter med dannelsen af samlinger i metallets overfladelag eller over hele strimlens sektion.
Nanostruktureret stål, der ligner gummi
Nanostruktureret kaldes strukturelstål, hvori den kemiske sammensætning er valgt - mangan, kulstof, krom tilsættes - og forarbejdningsparametrene danner en unik struktur. Det giver høj styrke og duktilitet.
Tidligere, for at opnå et sådant materiale, smeltede destål med en ustabil struktur, på grund af hvilken, under deformation, gik forskellige faser af metallet fra den ene til den anden, hvilket ændrede deres egenskaber. Med andre ord blev stålet stærkere under mekanisk belastning.
Og nanostruktureret stål er et materiale, ihvor hvert "korn" har en tvilling orienteret i den modsatte retning. Det viser sig et materiale, der ikke kollapser under deformation, men strækker sig - med hensyn til egenskaber er det mere som gummi. Nanostruktureret stål kan forlænge op til 50 % af sin oprindelige længde uden at gå i stykker og stadig modstå belastninger på 10 tons pr. kvadratcentimeter. Til sammenligning er almindeligt stål 2,5 gange mindre stærkt og kan kun forlænges med 20-25%.
Dette materiale, på trods af at det hidtil erproduceret kun i testtilstand og i små mængder, har store perspektiver i bilindustrien og maskinteknik: nanostruktureret stål kan bruges til at opnå stærke dele af kompleks form. Men mens produktionen ikke er masseproduceret på grund af kompleksitet og høje omkostninger, på grund af dette, er prisen på hvert ark for høj. Hvis behovet for materialet vokser, vil produktionen antage en helt anden skala, og så bliver prisen på hver plade acceptabel - hvem ved, måske vil alle maskiner i den nærmeste fremtid blive lavet af sådant stål.
Metallurgi gennem de seneste årtierhar taget et stærkt skridt fremad: Materialer, der blev betragtet som science fiction for et halvt århundrede siden, kan nu fås i industriel skala. Mange af dem er endnu ikke udbredt, men det vides ikke, hvordan markedet vil opføre sig: måske vil vi meget snart se nye typer stål i smartphones, køleskabe og mikrobølgeovne.
Læs mere:
Det viste sig, hvad der sker med den menneskelige hjerne efter en time i skoven
Det blev kendt, hvilken te der ødelægger protein i hjernen
Mærkelige havdyr i havets dybder viste sig at ligne mennesker