Acero que se “cura” a sí mismo
En las películas de ciencia ficción, los daños causados a los robots se curan por sí solos.
Los recubrimientos autorreparantes son especiales.pinturas. En esencia, microcápsulas con un material polimérico especial. Con cualquier impacto mecánico, por ejemplo, un rasguño, las cápsulas se destruyen y de ellas se libera material que cubre el área lesionada y se forma una capa de polímero en la superficie. “Cura” el daño reaccionando con los bordes del revestimiento intacto y provocando que sane el rayón, además de aislar la zona del aire, evitando la corrosión del metal.
La dificultad de producir acero con tal recubrimiento radica tanto en la creación de pintura con microcápsulas como en su aplicación.
La pintura es una solución coloidal de polímeros.modificadores y microcápsulas de varios micrómetros de tamaño. Se necesitan modificadores, es decir, aglutinantes, para garantizar que los polímeros estén dentro de las microcápsulas en estado líquido. La composición de la mezcla en sí está clasificada y solo unas pocas empresas en todo el mundo se dedican a su producción: la tecnología es nueva y aún se encuentra en la etapa piloto.
"Los recubrimientos autorregenerables son pinturas especiales"
La composición en estado líquido se aplica al acero, yluego se eliminan los aglutinantes utilizando un horno de secado, dejando una capa continua de polímero con microcápsulas. Es importante que el recubrimiento se distribuya uniformemente y que las cápsulas no se dañen, de lo contrario, las propiedades del acero diferirán en diferentes áreas.
Si el mercado aprecia las propiedades del material, su producción aumenta y el precio unitario del producto cae, entonces se puede predecir que dicho acero se generalizará.
Acero asesino de bacterias
El acero con revestimiento antibacteriano se utiliza enmedicina. Se utiliza para fabricar instrumentos de médicos, elementos de edificios hospitalarios como barandillas o paneles en paredes, donde suelen acumularse microorganismos nocivos. Además, durante la pandemia, muchos fabricantes de equipos, especialmente teléfonos inteligentes y computadoras portátiles, comenzaron a fabricar estuches para dispositivos con él.
Hay varias variaciones sobre cómo el aceroadquiere propiedades antibacterianas. Más a menudo, se aplica un recubrimiento de polímero a la superficie del material, que incluye iones de plata y cobre. Estos metales son muy efectivos en la lucha contra los microbios: al contacto, destruyen sus caparazones, matando al 99% de los microorganismos.
Pero hay otros avances.Por ejemplo, si se sumerge acero en una solución electrolítica y se aplica un voltaje de una manera especial, se forman nanoestructuras en la superficie: hoyos microscópicos, púas y agujas. Ellos, al igual que los iones metálicos, dañan las membranas de las bacterias y las matan. Al mismo tiempo, el proceso tecnológico durante el cual se produce dicho acero no difiere de los que ya se utilizan en el procesamiento del material; de manera similar, el metal se pule o se le otorgan propiedades anticorrosión.
Ambos enfoques son seguros para las células animales y vegetales: su tamaño supera con creces el tamaño de los microbios, una persona no tiene nada que temer.
Las áreas de aplicación prometedoras para el acero con recubrimientos antibacterianos en la actualidad son la fabricación de paneles de ventilación y revestimiento, por ejemplo, la decoración de interiores en el transporte y las instalaciones.
"Los metalúrgicos están buscando formas de crear acero resistente y ligero para fabricar piezas ligeras"
Acero de servicio pesado - Para máquinas de servicio pesado
Los metalúrgicos están buscando formas de crear simultáneamenteAcero resistente y ligero para fabricar piezas ligeras. En la producción de automóviles, esto aumentará su velocidad y la seguridad del conductor. Y en la producción de equipos especiales, cascos duraderos y livianos reducirán el consumo de combustible.
Para lograr los parámetros deseados, los metalúrgicos forman una estructura metálica con una combinación de varias fases, algunas de las cuales proporcionan un aumento de la resistencia, mientras que otras se encargan de mantener la ductilidad.
En total, se distinguen varias fases del acero en la metalurgia:ferrita, seguida de perlita, sorbita, troostita, bainita y martensita. La ferrita se caracteriza por su baja resistencia, mientras que es dúctil y se estira fácilmente. Cuanto más lejos de la ferrita está la fase, mayor es su resistencia y menor su ductilidad.
Si se agrega a una matriz de ferrita plásticaintercaladas con fases más fuertes (por ejemplo, martensita), obtendrás un "pastel" que será plástico y duradero, debido a las propiedades de cada una de las fases. Al mismo tiempo, es más difícil obtener acero formado por una combinación de diferentes fases si están situadas lejos unas de otras.
El acero perlítico de ferrita aprendió a obtener hace mucho tiempo,hoy es una de las tareas estándar de la metalurgia. El acero de ferrita-troostita y ferrita-bainítico es mucho más difícil de obtener, pero las grandes empresas metalúrgicas lo dominan. Pero una ferrita-martensita fuerte ya es el resultado de un proceso tecnológico complejo que requiere un equipo especial y un cierto nivel de desarrollo tecnológico.
"Corazones" de acero de electrodomésticos
Una de las áreas de aplicación del acero es comomaterial electromagnético: producción de núcleos para transformadores, generadores y motores eléctricos. El hierro es un material único que es capaz de crear su propio campo magnético. Esto se debe a su estructura atómica.
El átomo de hierro tiene cuatro estructuras abiertas en su estructura.3d capa y en lugar de diez electrones solo hay seis. En el caso de algunos elementos (además del hierro, son, por ejemplo, el níquel y el cobalto), llenar dos electrones en la capa 4s, que está más alejada del núcleo, resulta energéticamente más favorable que llenar la capa 3d. Esto deja a unos pocos electrones cuyos momentos magnéticos orbitales y de espín no están compensados; giran en órbita alrededor del núcleo y crean su propio campo magnético.
Algunos metales (oro, aluminio) tienen electronesen las conchas se compensan entre sí, por lo que los materiales no crean un campo magnético. Hay muchos otros metales con capas D sin terminar que se pueden magnetizar, pero solo el hierro, el níquel y el cobalto exhiben estas propiedades a temperatura ambiente, no solo enfriados.
El acero en la electrónica debe estar bien magnetizadoen un campo magnético externo y se remagnetiza rápidamente al cambiar su dirección. Para la mayoría de las redes industriales y residenciales, esto sucede 50 veces por segundo. El principal requisito en este proceso es precisamente la facilidad de inversión de la magnetización, lo que garantizará un consumo mínimo de energía durante la operación del producto terminado.
El hierro como material es un cristalino.una estructura en la que los átomos están ubicados en la parte superior de los bordes y en el centro de los cubos. Casi como en Lego. Resulta que los campos magnéticos individuales de cada átomo se suman a un campo común; debido a esto, las piezas hechas de hierro pueden remagnetizarse, ser atraídas por los imanes o actuar ellas mismas en su función.
“El hierro es un material único que puede crear su propio campo magnético”
Acero único para transformadores
Transformador de acero es una de las subespeciesaceros eléctricos. Tiene una estructura especial, donde la red cristalina de cada sección del acero está igualmente orientada en el espacio, por lo que es posible lograr pérdidas mínimas de energía durante el funcionamiento del aparato eléctrico.
Y ahora en palabras simples.Los grandes volúmenes de acero son heterogéneos: consisten en pequeños "granos" de metal en los que los átomos forman una red cristalina cúbica. Al mismo tiempo, en el acero ordinario, los diferentes "granos" pueden orientarse de manera diferente entre sí; sus campos magnéticos, respectivamente, también tienen direcciones diferentes.
En acero para transformadores triunfan los metalúrgicoslograr una desviación entre las redes de diferentes "granos" de apenas un par de grados. Como resultado de esta orientación, se obtiene un material que tiende en estructura a un solo cristal, como si absolutamente todos los átomos del material estuvieran incluidos en una sola red, y no “granos” individuales. Tal estructura del metal desde el punto de vista de la teoría clásica del ferromagnetismo es la más energéticamente ventajosa, ya que el campo magnético atraviesa todos los "granos" en una dirección y proporciona una rápida inversión de magnetización del núcleo de la unidad eléctrica. con mínima pérdida de potencia.
Ciclo productivo tecnológicoEl acero para transformadores es el más complejo de toda la metalurgia ferrosa. El acero se funde utilizando una determinada composición química: por ejemplo, se le añade silicio, por lo que aumenta la resistencia eléctrica y las corrientes superficiales no perturban el campo magnético. Luego viene el laminado en caliente, el decapado, el laminado en frío, el recocido descarburado, un segundo laminado en frío, la aplicación de una capa protectora, el recocido a alta temperatura, la aplicación de un recubrimiento aislante eléctrico y, en algunos casos, el tratamiento superficial con láser.
En cada etapa tecnológica se toman decisionesvarias tareas, comenzando con la obtención de la geometría de banda requerida y terminando con la formación de juntas en las capas superficiales del metal o en toda la sección de la banda.
Acero nanoestructurado que parece caucho
Nanoestructurado se llama estructuralacero, en el que se selecciona la composición química (se agregan manganeso, carbono, cromo) y los parámetros de procesamiento forman una estructura única. Proporciona alta resistencia y ductilidad.
Previamente, para obtener dicho material, fundíanacero con una estructura inestable, debido a que, durante la deformación, varias fases del metal pasaron de una a otra, cambiando sus propiedades. En otras palabras, el acero se hizo más fuerte bajo tensión mecánica.
Y el acero nanoestructurado es un material, enen el que cada "grano" tiene un gemelo orientado en dirección opuesta. Resulta un material que no colapsa durante la deformación, sino que se estira; en términos de propiedades, se parece más al caucho. El acero nanoestructurado puede alargarse hasta un 50 % de su longitud original sin romperse y aún así soportar cargas de 10 toneladas por centímetro cuadrado. A modo de comparación, el acero ordinario es 2,5 veces menos resistente y solo puede alargarse entre un 20 y un 25 %.
Este material, a pesar de que hasta el momento suProducido solo en modo de prueba y en pequeños volúmenes, tiene grandes perspectivas en la industria automotriz y la ingeniería mecánica: el acero nanoestructurado se puede utilizar para obtener piezas fuertes de forma compleja. Pero si bien la producción no se produce en masa debido a la complejidad y el alto costo, debido a esto, el precio de cada hoja es demasiado alto. Si crece la necesidad del material, la producción tomará una escala completamente diferente, y luego el precio de cada hoja será aceptable; quién sabe, tal vez en un futuro cercano todas las máquinas se fabriquen con dicho acero.
La metalurgia en las últimas décadas.ha dado un poderoso paso adelante: materiales que hace medio siglo se consideraban ciencia ficción ahora se pueden obtener a escala industrial. Muchos de ellos aún no están muy extendidos, pero no se sabe cómo se comportará el mercado: quizás muy pronto veamos nuevos tipos de acero en teléfonos inteligentes, refrigeradores y hornos de microondas.
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