Ατσάλι που θεραπεύει τον εαυτό του
Στις ταινίες επιστημονικής φαντασίας, η ζημιά στα ρομπότ θεραπεύεται
Οι αυτοθεραπευόμενες επικαλύψεις είναι ειδικά χρώματα που βασίζονται σε μικροκάψουλες με ειδικό πολυμερές υλικό.Με οποιαδήποτε μηχανική κρούση, για παράδειγμα, μια γρατσουνιά, οι κάψουλες καταστρέφονται και απελευθερώνεται ένα υλικό από αυτά, το οποίο καλύπτει το«Θεραπεύει» τη ζημιά αντιδρώντας με τις άκρες της άθικτης επίστρωσης και προκαλώντας την επούλωση της γρατσουνιάς, καθώς και την απομόνωση της περιοχής από την επιφάνεια.αέρα, αποτρέποντας τη διάβρωση του μετάλλου.
Η δυσκολία στην παραγωγή χάλυβα με τέτοια επίστρωση έγκειται τόσο στη δημιουργία βαφής με μικροκάψουλες όσο και στην εφαρμογή του.
Το χρώμα είναι ένα κολλοειδές διάλυμα πολυμερώντροποποιητές και μικροκάψουλες μεγέθους αρκετών μικρομέτρων. Τροποποιητές, δηλαδή συνδετικά, χρειάζονται για να διασφαλιστεί ότι τα πολυμερή βρίσκονται μέσα στις μικροκάψουλες σε υγρή κατάσταση. Η σύνθεση του ίδιου του μείγματος είναι ταξινομημένη και μόνο λίγες εταιρείες σε όλο τον κόσμο ασχολούνται με την παραγωγή του - η τεχνολογία είναι νέα και βρίσκεται ακόμα στο πιλοτικό στάδιο.
"Τα αυτοθεραπευόμενα επιχρίσματα είναι ειδικές βαφές"
Η σύνθεση σε υγρή κατάσταση εφαρμόζεται σε χάλυβα καιΣτη συνέχεια τα συνδετικά συστατικά αφαιρούνται χρησιμοποιώντας φούρνο ξήρανσης, αφήνοντας ένα συνεχές στρώμα πολυμερούς με μικροκάψουλες. Είναι σημαντικό η επίστρωση να κατανέμεται ομοιόμορφα και να μην καταστραφούν οι ίδιες οι κάψουλες, διαφορετικά οι ιδιότητες του χάλυβα θα διαφέρουν σε διαφορετικές περιοχές.
Εάν η αγορά εκτιμήσει τις ιδιότητες του υλικού, η παραγωγή του γίνει μεγαλύτερη και η τιμή μονάδας του προϊόντος πέσει, τότε μπορεί να προβλεφθεί ότι αυτός ο χάλυβας θα γίνει ευρέως διαδεδομένος.
Βακτηριακός χάλυβας
Χρησιμοποιείται χάλυβας με αντιβακτηριδιακή επίστρωσηφάρμακο. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή οργάνων γιατρών, στοιχείων κτιρίων νοσοκομείων όπως κιγκλιδώματα ή πάνελ σε τοίχους, όπου συνήθως συσσωρεύονται επιβλαβείς μικροοργανισμοί. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της πανδημίας, πολλοί κατασκευαστές εξοπλισμού, ειδικά smartphone και φορητοί υπολογιστές, άρχισαν να κατασκευάζουν θήκες για gadget.
Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές για το πώς χάλυβααποκτά αντιβακτηριδιακές ιδιότητες. Πιο συχνά, στην επιφάνεια του υλικού εφαρμόζεται επίστρωση πολυμερούς, η οποία περιλαμβάνει ιόντα αργύρου και χαλκού. Αυτά τα μέταλλα είναι πολύ αποτελεσματικά στην καταπολέμηση των μικροβίων: όταν έρθουν σε επαφή, καταστρέφουν τα κελύφη τους, σκοτώνοντας το 99% των μικροοργανισμών.
Για παράδειγμα, εάν ο χάλυβας βυθιστεί σε διάλυμαηλεκτρολύτη και εφαρμόστε τάση με ειδικό τρόπο, σχηματίζονται νανοδομές στην επιφάνεια: μικροσκοπικά πηγάδια, αιχμές και βελόνες.Αυτοί, όπως τα μεταλλικά ιόντα, βλάπτουν τις βακτηριακές μεμβράνες και σκοτώνουνΤαυτόχρονα, η τεχνολογική διαδικασία κατά τη διάρκεια της οποίας λαμβάνεται ο χάλυβας αυτός δεν διαφέρει από εκείνη τουχρησιμοποιείται ήδη στην επεξεργασία του υλικού - με παρόμοιο τρόπο, το μέταλλο γυαλίζεται ή δίνεταιΈχει αντιδιαβρωτικές ιδιότητες.
Και οι δύο προσεγγίσεις είναι ασφαλείς για τα ζωικά και φυτικά κύτταρα: το μέγεθός τους υπερβαίνει κατά πολύ το μέγεθος των μικροβίων, ένα άτομο δεν έχει τίποτα να φοβηθεί.
Υποσχόμενοι τομείς εφαρμογής για χάλυβα με αντιβακτηριδιακές επικαλύψεις σήμερα είναι η κατασκευή πάνελ εξαερισμού και επένδυσης - για παράδειγμα, εσωτερική διακόσμηση σε μεταφορές και χώρους.
"Οι μεταλλουργοί αναζητούν τρόπους για να δημιουργήσουν τόσο ισχυρό όσο και ελαφρύ χάλυβα για την κατασκευή ελαφρών εξαρτημάτων"
Heavy Duty Steel - Για Μηχανήματα Βαρέων Καθηκόντων
Οι μεταλλουργοί αναζητούν τρόπους να δημιουργούν ταυτόχροναισχυρό και ελαφρύ χάλυβα για την κατασκευή ελαφρών εξαρτημάτων. Στην παραγωγή αυτοκινήτων, αυτό θα αυξήσει την ταχύτητά τους και την ασφάλεια του οδηγού. Και στην παραγωγή ειδικού εξοπλισμού, η ανθεκτική και ελαφριά γάστρα θα μειώσει την κατανάλωση καυσίμου.
Για να επιτευχθούν οι επιθυμητές παραμέτρους, οι μεταλλουργοί σχηματίζουν μια μεταλλική κατασκευή με συνδυασμό διαφόρων φάσεων, μερικές από τις οποίες παρέχουν αύξηση της αντοχής, ενώ άλλες είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση της ολκιμότητας.
Συνολικά, στη μεταλλουργία διακρίνονται διάφορες φάσεις χάλυβα:φερρίτης, ακολουθούμενος από περλίτη, σορβίτη, τρωστίτη, μπαϊνίτη και μαρτενσίτη. Ο φερρίτης χαρακτηρίζεται από χαμηλή αντοχή, ενώ είναι όλκιμος και τεντώνεται εύκολα. Όσο πιο μακριά από τον φερρίτη είναι η φάση, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του και τόσο μικρότερη είναι η ολκιμότητα.
Εάν προστεθούν εγκλείσματα ισχυρότερων φάσεων (για παράδειγμα, martensite) σε μια πλαστική φερριτική μήτρα, παίρνετε ένα "κέικ" που θα είναιΤαυτόχρονα, είναι όλκιμο και ανθεκτικό, λόγω των ιδιοτήτων κάθε φάσης.Ταυτόχρονα, είναι πιο δύσκολο να αποκτηθεί χάλυβας που αποτελείται από συνδυασμό διαφορετικών φάσεων εάν απέχουν πολύ το ένα από το άλλο.Άλλος.
Ο φερρίτης-περλιτικός χάλυβας έμαθε να παίρνει εδώ και πολύ καιρό,σήμερα είναι ένα από τα καθιερωμένα καθήκοντα της μεταλλουργίας. Ο χάλυβας φερρίτη-τροοστίτης και φερρίτη-μπαϊνίτης είναι πολύ πιο δύσκολο να αποκτηθεί, αλλά μεγάλες μεταλλουργικές εταιρείες το έχουν κατακτήσει. Όμως ένας ισχυρός φερρίτης-μαρτενσίτης είναι ήδη το αποτέλεσμα μιας πολύπλοκης τεχνολογικής διαδικασίας που απαιτεί ειδικό εξοπλισμό και ένα ορισμένο επίπεδο τεχνολογικής ανάπτυξης.
Ατσάλινες «καρδιές» ηλεκτρικών συσκευών
Ένας από τους τομείς εφαρμογής του χάλυβα ως ηλεκτρομαγνητικού υλικού είναι η κατασκευή των πυρήνων μετασχηματιστών, γεννητριών και ηλεκτρικών κινητήρων.Ο σίδηρος είναι ένα μοναδικό υλικό που είναι σε θέση να δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο.Αυτό οφείλεται στην ατομική δομή του.
Ένα άτομο σιδήρου έχει τέσσερα ανοικτά 3D κελύφη στη δομή του και αντί για δέκα ηλεκτρόνια, υπάρχουν μόνο έξι ηλεκτρόνια σε αυτό.Στην περίπτωση ορισμένων στοιχείων (εκτός από το σίδηρο, αυτό είναι επίσης, για παράδειγμα, νικέλιο και κοβάλτιο), γίνεται ενεργειακά επωφελές να γεμίσει δύο ηλεκτρόνια του κελύφους 4s, το πιο απομακρυσμένο από τοΈτσι υπάρχουν μερικά ηλεκτρόνια στα οποία οι τροχιακές και οι περιστροφικές μαγνητικές ροπές δεν αντισταθμίζονται, περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα και δημιουργούνΔικό σας μαγνητικό πεδίο.
Ορισμένα μέταλλα (χρυσός, αλουμίνιο) έχουν ηλεκτρόνιαστα κελύφη αντισταθμίζουν το ένα το άλλο, λόγω του οποίου τα υλικά δεν δημιουργούν μαγνητικό πεδίο. Υπάρχουν πολλά άλλα μέταλλα με ημιτελή d-κελύφη που είναι ικανά να μαγνητιστούν, αλλά μόνο ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο παρουσιάζουν αυτές τις ιδιότητες σε θερμοκρασία δωματίου, όχι απλώς ψύχονται.
Ο χάλυβας στα ηλεκτρονικά πρέπει να μαγνητίζεται καλάσε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και γρήγορα επαναμαγνητίζονται όταν αλλάζουν την κατεύθυνση του. Για τα περισσότερα βιομηχανικά και οικιακά δίκτυα, αυτό συμβαίνει 50 φορές το δευτερόλεπτο. Η κύρια απαίτηση σε αυτή τη διαδικασία είναι ακριβώς η ευκολία αντιστροφής της μαγνήτισης, η οποία θα εξασφαλίσει ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας κατά τη λειτουργία του τελικού προϊόντος.
Ο σίδηρος ως υλικό είναι κρυσταλλικόμια δομή στην οποία τα άτομα βρίσκονται στις κορυφές των άκρων και στο κέντρο των κύβων. Σχεδόν όπως στα Lego. Αποδεικνύεται ότι τα επιμέρους μαγνητικά πεδία κάθε ατόμου αθροίζονται σε ένα κοινό πεδίο - εξαιτίας αυτού, μέρη από σίδηρο μπορούν να επαναμαγνητιστούν, να έλκονται από μαγνήτες ή να ενεργήσουν τα ίδια στον ρόλο τους.
«Ο σίδηρος είναι ένα μοναδικό υλικό που μπορεί να δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο»
Μοναδικός χάλυβας για μετασχηματιστές
Ο χάλυβας μετασχηματισμού είναι ένα από τα υποείδηηλεκτρικοί χάλυβες. Διαθέτει ειδική δομή, όπου το κρυσταλλικό πλέγμα κάθε τμήματος του χάλυβα είναι εξίσου προσανατολισμένο στο χώρο, λόγω της οποίας είναι δυνατό να επιτευχθούν ελάχιστες απώλειες ενέργειας κατά τη λειτουργία της ηλεκτρικής συσκευής.
Και τώρα με απλά λόγια.Οι μεγάλοι όγκοι χάλυβα είναι ετερογενείς - αποτελούνται από μικρούς "κόκκους" μετάλλου στους οποίους τα άτομα σχηματίζουν ένα κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα. Ταυτόχρονα, στον συνηθισμένο χάλυβα, διαφορετικοί "κόκκοι" μπορούν να προσανατολιστούν διαφορετικά μεταξύ τους - τα μαγνητικά τους πεδία, αντίστοιχα, έχουν επίσης διαφορετικές κατευθύνσεις.
Στον χάλυβα μετασχηματιστή, οι μεταλλουργοί πετυχαίνουνγια να επιτευχθεί μια απόκλιση μεταξύ των δικτυωμάτων διαφορετικών "κόκκων" μόλις μερικές μοίρες. Ως αποτέλεσμα αυτού του προσανατολισμού, λαμβάνεται ένα υλικό που τείνει στη δομή του σε έναν μόνο κρύσταλλο, σαν να περιλαμβάνονται απολύτως όλα τα άτομα του υλικού σε ένα μόνο πλέγμα και όχι μεμονωμένοι «κόκκοι». Μια τέτοια δομή του μετάλλου από την άποψη της κλασικής θεωρίας του σιδηρομαγνητισμού είναι η πιο ενεργειακά συμφέρουσα, καθώς το μαγνητικό πεδίο διέρχεται από όλους τους "κόκκους" προς μία κατεύθυνση και παρέχει μια γρήγορη αντιστροφή μαγνήτισης του πυρήνα της ηλεκτρικής μονάδας με ελάχιστη απώλεια ισχύος.
Ο τεχνολογικός κύκλος παραγωγής χάλυβα μετασχηματιστών είναι ο πιο περίπλοκος σε ολόκληρη τη σιδηρούχο μεταλλουργία.Ο χάλυβας τήκεται με τη βοήθεια μιας συγκεκριμένης χημικής σύνθεσης: το πυρίτιο, για παράδειγμα, προστίθεται σε αυτό, λόγω τουπου αυξάνει την ηλεκτρική αντίσταση και τα επιφανειακά ρεύματα δεν διαταράσσουν το μαγνητικό πεδίο.Αυτό ακολουθείται από θερμή έλαση, αποσκωρίωση, ψυχρή έλαση, αφαίρεση άνθρακα ανόπτηση, δεύτερη ψυχρή έλαση, προστατευτική επίστρωση, ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας, ηλεκτρική μονωτική επίστρωση και, σε ορισμένες περιπτώσεις, επιφανειακή επεξεργασία λέιζερ.
Σε κάθε τεχνολογικό στάδιο λαμβάνονται αποφάσειςδιάφορες εργασίες, ξεκινώντας από την απόκτηση της απαιτούμενης γεωμετρίας λωρίδας και τελειώνοντας με το σχηματισμό αρμών στα επιφανειακά στρώματα του μετάλλου ή σε ολόκληρο το τμήμα της λωρίδας.
Νανοδομημένος χάλυβας που μοιάζει με καουτσούκ
Το νανοδομημένο ονομάζεται δομικόχάλυβας, στον οποίο επιλέγεται η χημική σύνθεση - προστίθεται μαγγάνιο, άνθρακας, χρώμιο - και οι παράμετροι επεξεργασίας σχηματίζουν μια μοναδική δομή. Παρέχει υψηλή αντοχή και ολκιμότητα.
Προηγουμένως, για να αποκτήσουν ένα τέτοιο υλικό, έλιωνανχάλυβας με ασταθή δομή, λόγω της οποίας, κατά την παραμόρφωση, διάφορες φάσεις του μετάλλου πέρασαν από τη μία στην άλλη, αλλάζοντας τις ιδιότητές τους. Με άλλα λόγια, ο χάλυβας έγινε ισχυρότερος υπό μηχανική καταπόνηση.
Και ο νανοδομημένος χάλυβας είναι ένα υλικό, σεστην οποία κάθε «κόκκος» έχει ένα δίδυμο προσανατολισμένο προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ένα υλικό που δεν καταρρέει κατά την παραμόρφωση, αλλά τεντώνεται - όσον αφορά τις ιδιότητες, μοιάζει περισσότερο με καουτσούκ. Ο νανοδομημένος χάλυβας μπορεί να επιμηκύνει έως και το 50% του αρχικού του μήκους χωρίς να σπάει και να αντέχει φορτία 10 τόνων ανά τετραγωνικό εκατοστό. Για σύγκριση, ο συνηθισμένος χάλυβας είναι 2,5 φορές λιγότερο ισχυρός και μπορεί να επιμηκυνθεί μόνο κατά 20-25%.
Αυτό το υλικό, παρά το γεγονός ότι μέχρι στιγμής τουπου παράγεται μόνο σε δοκιμαστική λειτουργία και σε μικρούς όγκους, έχει μεγάλες προοπτικές στην αυτοκινητοβιομηχανία και τη μηχανολογία: ο νανοδομημένος χάλυβας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη ισχυρών εξαρτημάτων πολύπλοκου σχήματος. Όμως, ενώ η παραγωγή δεν παράγεται μαζικά λόγω πολυπλοκότητας και υψηλού κόστους, εξαιτίας αυτού, η τιμή κάθε φύλλου είναι πολύ υψηλή. Εάν αυξηθεί η ανάγκη για το υλικό, η παραγωγή θα λάβει εντελώς διαφορετική κλίμακα και, στη συνέχεια, η τιμή κάθε φύλλου θα γίνει αποδεκτή - ποιος ξέρει, ίσως στο εγγύς μέλλον όλες οι μηχανές θα είναι κατασκευασμένες από τέτοιο χάλυβα.
Μεταλλουργία τις τελευταίες δεκαετίεςέχει κάνει ένα ισχυρό βήμα προς τα εμπρός: υλικά που θεωρούνταν επιστημονική φαντασία πριν από μισό αιώνα μπορούν τώρα να αποκτηθούν σε βιομηχανική κλίμακα. Πολλά από αυτά δεν είναι ακόμη ευρέως διαδεδομένα, αλλά δεν είναι γνωστό πώς θα συμπεριφερθεί η αγορά: ίσως πολύ σύντομα να δούμε νέους τύπους χάλυβα σε smartphone, ψυγεία και φούρνους μικροκυμάτων.
Διαβάστε περισσότερα:
Αποδείχθηκε τι συμβαίνει στον ανθρώπινο εγκέφαλο μετά από μία ώρα στο δάσος
Έγινε γνωστό ποιο τσάι καταστρέφει την πρωτεΐνη στον εγκέφαλο
Τα περίεργα θαλάσσια πλάσματα στα βάθη του ωκεανού αποδείχτηκαν παρόμοια με τους ανθρώπους