L'acciaio che guarisce se stesso
Nei film di fantascienza, i danni ai robot guariscono da soli
I rivestimenti autorigeneranti sono vernici speciali a base di microcapsule con uno speciale materiale polimerico.Con qualsiasi impatto meccanico, ad esempio un graffio, le capsule vengono distrutte e da esse viene rilasciato un materiale, che copre il"Guarisce" il danno reagendo con i bordi del rivestimento integro e facendogli guarire il graffio, oltre a isolare l'area dalla superficie.aria, prevenendo la corrosione del metallo.
La difficoltà nel produrre acciaio con un tale rivestimento risiede sia nella creazione della vernice con microcapsule che nella sua applicazione.
La vernice è una soluzione colloidale di polimerimodificatori e microcapsule di dimensioni di diversi micrometri. I modificatori, cioè i leganti, sono necessari per garantire che i polimeri si trovino all'interno delle microcapsule allo stato liquido. La composizione della miscela stessa è classificata e solo poche aziende in tutto il mondo sono impegnate nella sua produzione: la tecnologia è nuova ed è ancora in fase pilota.
"I rivestimenti autorigeneranti sono vernici speciali"
La composizione allo stato liquido viene applicata all'acciaio equindi i leganti vengono rimossi mediante un forno di essiccazione, lasciando uno strato continuo di polimero con microcapsule. È importante che il rivestimento sia distribuito uniformemente e che le capsule stesse non vengano danneggiate, altrimenti le proprietà dell'acciaio differiranno nelle diverse aree.
Se il mercato apprezza le proprietà del materiale, la sua produzione aumenta e il prezzo unitario del prodotto diminuisce, allora si può prevedere che tale acciaio si diffonderà.
Acciaio antibatterico
Viene utilizzato acciaio con rivestimento antibattericomedicinale. Viene utilizzato per realizzare strumenti di medici, elementi di edifici ospedalieri come ringhiere o pannelli sui muri, dove solitamente si accumulano microrganismi dannosi. Inoltre, durante la pandemia, molti produttori di apparecchiature, in particolare smartphone e laptop, hanno iniziato a ricavarne custodie per gadget.
Esistono diverse varianti su come l'acciaioacquisisce proprietà antibatteriche. Più spesso, sulla superficie del materiale viene applicato un rivestimento polimerico, che include ioni argento e rame. Questi metalli sono molto efficaci nella lotta contro i microbi: al contatto distruggono i loro gusci, uccidendo il 99% dei microrganismi.
Ad esempio, se l'acciaio è immerso in una soluzioneelettrolita e applicare tensione in modo speciale, sulla superficie si formano nanostrutture: pozzetti microscopici, punte e aghi.Essi, come gli ioni metallici, danneggiano le membrane batteriche e uccidonoAllo stesso tempo, il processo tecnologico nel corso del quale si ottiene tale acciaio non differisce da quello delgià utilizzato nella lavorazione del materiale – in modo simile, il metallo viene lucidato o datoHa proprietà anticorrosive.
Entrambi gli approcci sono sicuri per le cellule animali e vegetali: le loro dimensioni superano di gran lunga le dimensioni dei microbi, una persona non ha nulla da temere.
Le aree di applicazione promettenti per l'acciaio con rivestimenti antibatterici oggi sono la produzione di pannelli di ventilazione e rivestimento, ad esempio la decorazione di interni nei trasporti e nei locali.
"I metallurgisti sono alla ricerca di modi per creare acciaio resistente e leggero per realizzare parti leggere"
Acciaio per impieghi gravosi - Per macchine per impieghi gravosi
I metallurgisti stanno cercando modi per creare simultaneamenteacciaio forte e leggero per realizzare parti leggere. Nella produzione di automobili, ciò aumenterà la loro velocità e la sicurezza del conducente. E nella produzione di attrezzature speciali, scafi durevoli e leggeri ridurranno il consumo di carburante.
Per ottenere i parametri desiderati, i metallurgisti formano una struttura metallica con una combinazione di varie fasi, alcune delle quali forniscono un aumento della resistenza, mentre altre sono responsabili del mantenimento della duttilità.
In totale, nella metallurgia si distinguono diverse fasi dell'acciaio:ferrite, seguita da perlite, sorbite, troostite, bainiti e martensite. La ferrite è caratterizzata da una bassa resistenza, mentre è duttile e facilmente allungabile. Più la fase è lontana dalla ferrite, maggiore è la sua forza e minore è la duttilità.
Se si aggiungono inclusioni di fasi più forti (ad esempio, martensite) a una matrice ferritica plastica, si ottiene una "torta" che saràAllo stesso tempo, è duttile e durevole, grazie alle proprietà di ciascuna delle fasi.Allo stesso tempo, è più difficile ottenere un acciaio costituito da una combinazione di fasi diverse se sono distanti l'una dall'altra.Altro__________.
L'acciaio ferrite-perlitico ha imparato a ottenere molto tempo fa,oggi è uno dei compiti standard della metallurgia. L'acciaio ferrite-troostite e ferrite-bainitico è molto più difficile da ottenere, ma le grandi aziende metallurgiche lo hanno dominato. Ma una forte ferrite-martensite è già il risultato di un complesso processo tecnologico che richiede attrezzature speciali e un certo livello di sviluppo tecnologico.
"Cuori" d'acciaio degli elettrodomestici
Uno dei campi di applicazione dell'acciaio come materiale elettromagnetico è la produzione dei nuclei di trasformatori, generatori e motori elettrici.Il ferro è un materiale unico che è in grado di creare un proprio campo magnetico.Ciò è dovuto alla sua struttura atomica.
Un atomo di ferro ha quattro gusci 3D aperti nella sua struttura e, invece di dieci elettroni, ci sono solo sei elettroni su di esso.Nel caso di alcuni elementi (oltre al ferro, questo è anche, ad esempio, nichel e cobalto), diventa energeticamente vantaggioso riempire due elettroni del guscio 4s, il più lontano dalQuindi ci sono alcuni elettroni in cui i momenti magnetici orbitali e di spin non sono compensati, orbitano attorno al nucleo e creanoProprio campo magnetico.
Alcuni metalli (oro, alluminio) hanno elettronisui gusci si compensano a vicenda, per cui i materiali non creano un campo magnetico. Esistono molti altri metalli con gusci d-shell non finiti che possono essere magnetizzati, ma solo il ferro, il nichel e il cobalto mostrano queste proprietà a temperatura ambiente, non solo raffreddati.
L'acciaio nell'elettronica deve essere ben magnetizzatoin un campo magnetico esterno e si rimagnetizzano rapidamente quando si cambia direzione. Per la maggior parte delle reti industriali e residenziali, ciò accade 50 volte al secondo. Il requisito principale in questo processo è proprio la facilità di inversione della magnetizzazione, che garantirà un consumo energetico minimo durante il funzionamento del prodotto finito.
Il ferro come materiale è un cristallinouna struttura in cui gli atomi si trovano ai vertici dei bordi e al centro dei cubi. Quasi come nei Lego. Si scopre che i singoli campi magnetici di ciascun atomo si sommano a un campo comune: grazie a ciò, le parti in ferro possono rimagnetizzarsi, essere attratte dai magneti o agire da sole nel loro ruolo.
“Il ferro è un materiale unico che può creare il proprio campo magnetico”
Acciaio unico per trasformatori
L'acciaio del trasformatore è una delle sottospecieacciai elettrici. Ha una struttura speciale, in cui il reticolo cristallino di ciascuna sezione dell'acciaio è ugualmente orientato nello spazio, grazie al quale è possibile ottenere minime perdite di energia durante il funzionamento dell'apparecchio elettrico.
E ora in parole semplici.Grandi volumi di acciaio sono eterogenei: sono costituiti da piccoli "grani" di metallo in cui gli atomi formano un reticolo cristallino cubico. Allo stesso tempo, nell'acciaio ordinario, diversi "grani" possono essere orientati in modo diverso l'uno rispetto all'altro - anche i loro campi magnetici, rispettivamente, hanno direzioni diverse.
Nell'acciaio per trasformatori, i metallurgisti hanno successoottenere uno scostamento tra i reticoli di diversi "grani" di appena un paio di gradi. Come risultato di questo orientamento si ottiene un materiale che tende nella struttura a un singolo cristallo, come se assolutamente tutti gli atomi del materiale fossero inclusi in un unico reticolo, e non singoli "grani". Una tale struttura del metallo dal punto di vista della teoria classica del ferromagnetismo è la più energeticamente vantaggiosa, poiché il campo magnetico attraversa tutti i "grani" in una direzione e fornisce una rapida inversione di magnetizzazione del nucleo dell'unità elettrica con minima perdita di potenza.
Il ciclo tecnologico di produzione dell'acciaio per trasformatori è il più complesso dell'intera metallurgia ferrosa.L'acciaio viene fuso con l'aiuto di una certa composizione chimica: ad esempio, vi viene aggiunto il silicio, a causa delche aumenta la resistenza elettrica e le correnti superficiali non disturbano il campo magnetico.Seguono la laminazione a caldo, il decapaggio, la laminazione a freddo, la ricottura di decarburazione, la seconda laminazione a freddo, il rivestimento protettivo, la ricottura ad alta temperatura, il rivestimento di isolamento elettrico e, in alcuni casi, il trattamento superficiale laser.
In ogni fase tecnologica, vengono prese delle decisionidiversi compiti, iniziando con l'ottenimento della geometria del nastro richiesta e terminando con la formazione di giunti negli strati superficiali del metallo o sull'intera sezione del nastro.
Acciaio nanostrutturato che sembra gomma
Nanostrutturato è chiamato strutturaleacciaio, in cui viene selezionata la composizione chimica - si aggiungono manganese, carbonio, cromo - ei parametri di lavorazione formano una struttura unica. Fornisce elevata resistenza e duttilità.
In precedenza, per ottenere tale materiale, fondevanoacciaio dalla struttura instabile, per cui, durante la deformazione, varie fasi del metallo passavano dall'una all'altra, modificandone le proprietà. In altre parole, l'acciaio è diventato più forte sotto stress meccanico.
E l'acciaio nanostrutturato è un materiale, inin cui ogni "grano" ha un gemello orientato nella direzione opposta. Si scopre un materiale che non collassa durante la deformazione, ma si allunga: in termini di proprietà, è più simile alla gomma. L'acciaio nanostrutturato può allungarsi fino al 50% della sua lunghezza originale senza rompersi e sopportare ancora carichi di 10 tonnellate per centimetro quadrato. Per fare un confronto, l'acciaio ordinario è 2,5 volte meno resistente e può allungarsi solo del 20-25%.
Questo materiale, nonostante il fatto che finora siaprodotto solo in modalità test e in piccoli volumi, ha grandi prospettive nell'industria automobilistica e nell'ingegneria meccanica: l'acciaio nanostrutturato può essere utilizzato per ottenere parti robuste di forma complessa. Ma mentre la produzione non è di massa a causa della complessità e dei costi elevati, per questo motivo il prezzo di ogni foglio è troppo alto. Se la necessità del materiale cresce, la produzione assumerà una scala completamente diversa, e quindi il prezzo di ogni foglio diventerà accettabile - chissà, forse nel prossimo futuro tutte le macchine saranno realizzate con tale acciaio.
Metallurgia negli ultimi decenniha compiuto un potente passo in avanti: materiali che mezzo secolo fa erano considerati fantascienza possono ora essere ottenuti su scala industriale. Molti di loro non sono ancora diffusi, ma non si sa come si comporterà il mercato: forse molto presto vedremo nuove tipologie di acciaio negli smartphone, nei frigoriferi e nei forni a microonde.
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