פלדה ש"מרפאת" את עצמה
בסרטי מדע בדיוני, נזק לרובוטים נרפא מעצמו.
ציפויים לריפוי עצמי הם מיוחדיםצבעים. בבסיסם מיקרוקפסולות עם חומר פולימרי מיוחד. בכל פגיעה מכנית, למשל, שריטה, הקפסולות נהרסות ומשתחרר מהן חומר המכסה את האזור הפגוע ונוצרת שכבת פולימר על פני השטח. הוא "מרפא" את הנזק על ידי תגובה עם קצוות הציפוי הלא פגום וגורם לו לרפא את השריטה, כמו גם בידוד האזור מהאוויר, מניעת קורוזיה של המתכת.
הקושי בייצור פלדה עם ציפוי כזה טמון הן ביצירת צבע עם מיקרוקפסולות והן ביישומו.
צבע הוא תמיסה קולואידית של פולימריםמשנים ומיקרוקפסולות בגודל של כמה מיקרומטרים. יש צורך בחומרי משנה, כלומר, קלסרים, כדי להבטיח שהפולימרים נמצאים בתוך המיקרוקפסולות במצב נוזלי. הרכב התערובת עצמה מסווג, ורק חברות בודדות ברחבי העולם עוסקות בייצור שלה - הטכנולוגיה חדשה ונמצאת עדיין בשלב פיילוט.
"ציפויים מרפאים הם צבעים מיוחדים"
הרכב במצב נוזלי מוחל על פלדה, ולאחר מכן מסירים את הקלסרים באמצעות תנור ייבוש, ומשאירים שכבת פולימר רציפה עם מיקרוקפסולות. חשוב שהציפוי יתפזר באופן שווה ושהקפסולות עצמן לא ייפגעו, אחרת תכונות הפלדה יהיו שונות באזורים שונים.
אם השוק מעריך את תכונות החומר, הייצור שלו הופך גדול יותר, ומחיר היחידה של המוצר יורד, אז ניתן לחזות שפלדה כזו תהפוך לנפוצה.
פלדה קוטלת חיידקים
פלדה עם ציפוי אנטיבקטריאלי משמשתרפואה. הוא משמש לייצור מכשירים של רופאים, אלמנטים של בנייני בתי חולים כמו מעקות או לוחות על קירות, שבהם בדרך כלל מצטברים מיקרואורגניזמים מזיקים. יתרה מכך, במהלך המגיפה, יצרני ציוד רבים, במיוחד סמארטפונים ומחשבים ניידים, החלו לייצר ממנו נרתיקים לגאדג'טים.
ישנן מספר וריאציות על איך פלדהרוכש תכונות אנטיבקטריאליות. לעתים קרובות יותר, ציפוי פולימרי מוחל על פני החומר, הכולל יוני כסף ונחושת. מתכות אלה יעילות מאוד במאבק נגד חיידקים: במגע, הם הורסים את הקליפות שלהם, והורגים 99% מהמיקרואורגניזמים.
אבל יש התפתחויות אחרות.לדוגמה, אם פלדה טובלת בתמיסת אלקטרוליט ומופעלת מתח בצורה מיוחדת, נוצרים ננו-מבנים על פני השטח: בורות מיקרוסקופיים, קוצים ומחטים. הם, כמו יוני מתכת, פוגעים בממברנות של חיידקים והורגים אותם. יחד עם זאת, התהליך הטכנולוגי שבמהלכו מיוצרת פלדה כזו אינו שונה מאלה שכבר נעשה בהם שימוש בעיבוד החומר - באופן דומה, מתכת מלוטשת או זוכה לתכונות אנטי קורוזיה.
שתי הגישות בטוחות לתאי בעלי חיים וצמחים: גודלם עולה בהרבה על גודלם של חיידקים, לאדם אין ממה לחשוש.
תחומי יישום מבטיחים לפלדה עם ציפויים אנטיבקטריאליים כיום הם ייצור לוחות אוורור וחיפוי - למשל, קישוט פנים בתחבורה ובחצרים.
"מטאלורגיסטים מחפשים דרכים ליצור פלדה חזקה וקלת משקל כאחד לייצור חלקים קלים"
Heavy Duty Steel - למכונות Heavy Duty
מטלורגים מחפשים דרכים ליצור בו זמניתפלדה חזקה וקלה לייצור חלקים קלים. בייצור מכוניות, הדבר יגביר את מהירותן ובטיחות הנהג. ובייצור ציוד מיוחד, קליפות עמידות וקל משקל יפחיתו את צריכת הדלק.
כדי להשיג את הפרמטרים הרצויים, מטלורגים יוצרים מבנה מתכת בשילוב שלבים שונים, שחלקם מספקים עלייה בחוזק, בעוד שאחרים אחראים על שמירה על משיכות.
בסך הכל, מספר שלבים של פלדה נבדלים במטלורגיה:פריט, ואחריו פרלייט, סורביט, טרוסטיט, בייניט ומרטנסיט. פריט מאופיין בחוזק נמוך, בעוד שהוא רקיע ונמתח בקלות. ככל שהפאזה רחוקה יותר מהפריט, כך חוזקה גבוה יותר והגמישות נמוכה יותר.
אם מוסיפים למטריצת פריט פלסטיקבשילוב שלבים חזקים יותר (למשל מרטנזיט), תקבלו "פאי" שיהיה גם פלסטי וגם חזק - בשל המאפיינים של כל אחד מהשלבים. יחד עם זאת, קשה יותר להשיג פלדה המורכבת משילוב של שלבים שונים אם הם ממוקמים רחוק אחד מהשני.
פלדה פריט-פנילית למדה לקבל מזמן,כיום זוהי אחת המשימות הסטנדרטיות של המטלורגיה. הרבה יותר קשה להשיג פלדה פריט-טרוסטיט ופלדה פריט-באיניטית, אבל חברות מתכות גדולות שולטות בזה. אבל פריט-מרטנזיט חזק הוא כבר תוצאה של תהליך טכנולוגי מורכב הדורש ציוד מיוחד ורמה מסוימת של פיתוח טכנולוגי.
"לבבות" פלדה של מכשירי חשמל
אחד מתחומי היישום של פלדה הוא כמוחומר אלקטרומגנטי - ייצור ליבות לשנאים, גנרטורים ומנועים חשמליים. ברזל הוא חומר ייחודי המסוגל ליצור שדה מגנטי משלו. זאת בשל המבנה האטומי שלו.
לאטום הברזל ארבעה מבנים פתוחים במבנה שלו.קליפה תלת מימדית ובמקום עשרה אלקטרונים יש רק שישה. במקרה של אלמנטים מסוימים (בנוסף לברזל, אלה הם, למשל, ניקל וקובלט), מילוי שני אלקטרונים במעטפת ה-4s, שנמצאת הכי רחוק מהגרעין, הופך לטובה יותר מבחינה אנרגטית מאשר מילוי במעטפת ה-3d. זה משאיר כמה אלקטרונים שהמומנטים המגנטיים של המסלול והספין אינם מתוגמלים; הם מסתובבים במסלול סביב הגרעין ויוצרים שדה מגנטי משלהם.
לחלק ממתכות (זהב, אלומיניום) יש אלקטרוניםעל הפגזים מפצים זה את זה, בשל כך החומרים אינם יוצרים שדה מגנטי. ישנן מתכות רבות אחרות עם קונכיות D לא גמורות שניתן למגנט, אך רק ברזל, ניקל וקובלט מציגים את התכונות הללו בטמפרטורת החדר, ולא רק בקירור.
פלדה באלקטרוניקה חייבת להיות ממוגנטת היטבבשדה מגנטי חיצוני ולמגנט מחדש במהירות בעת שינוי הכיוון שלו. עבור רוב רשתות התעשייה והמגורים, זה קורה 50 פעמים בשנייה. הדרישה העיקרית בתהליך זה היא בדיוק קלות היפוך המגנטיזציה, שתבטיח צריכת אנרגיה מינימלית במהלך פעולת המוצר המוגמר.
ברזל כחומר הוא גבישימבנה שבו האטומים ממוקמים בחלק העליון של הקצוות ובמרכז הקוביות. כמעט כמו בלגו. מסתבר שהשדות המגנטיים הבודדים של כל אטום מסתכמים לשדה משותף - בשל כך חלקים העשויים מברזל יכולים להתמגנט מחדש, להימשך למגנטים או לפעול בתפקידם בעצמם.
"ברזל הוא חומר ייחודי שיכול ליצור שדה מגנטי משלו"
פלדה ייחודית לשנאים
פלדת שנאי היא אחד מתת-המיניםפלדות חשמליות. יש לו מבנה מיוחד, שבו סריג הקריסטל של כל חלק של הפלדה מכוון באותה מידה בחלל, שבגללו ניתן להשיג הפסדי אנרגיה מינימליים במהלך פעולת המכשיר החשמלי.
ועכשיו במילים פשוטות.נפחים גדולים של פלדה הם הטרוגניים - הם מורכבים מ"גרגירים" קטנים של מתכת שבהם אטומים יוצרים סריג גביש מעוקב. יחד עם זאת, בפלדה רגילה, "גרגרים" שונים יכולים להיות מכוונים באופן שונה זה לזה - גם לשדות המגנטיים שלהם, בהתאמה, יש כיוונים שונים.
בפלדת שנאי, מטלורגים מצליחיםלהשיג סטייה בין הסריגים של "גרגרים" שונים של כמה מעלות בלבד. כתוצאה מהתמצאות זו, מתקבל חומר הנוטה במבנהו לגביש בודד, כאילו כל האטומים של החומר נכללים בסריג בודד, ולא "גרגרים" בודדים. מבנה כזה של המתכת מנקודת המבט של התיאוריה הקלאסית של פרומגנטיות הוא המועיל ביותר מבחינה אנרגטית, שכן השדה המגנטי עובר דרך כל ה"גרגרים" בכיוון אחד ומספק היפוך מגנטיזציה מהיר של הליבה של היחידה החשמלית עם אובדן חשמל מינימלי.
מחזור ייצור טכנולוגיפלדת שנאי היא המורכבת ביותר בכל מטלורגיית הברזל. פלדה מותכת באמצעות הרכב כימי מסוים: למשל, מוסיפים לה סיליקון, שבגלל זה ההתנגדות החשמלית עולה וזרמי פני השטח אינם מפריעים לשדה המגנטי. בהמשך מגיעים לגלגול חם, כבישה, גלגול קר, חישול מפחמן, גלגול קר שני, מריחת ציפוי מגן, חישול בטמפרטורה גבוהה, מריחת ציפוי מבודד חשמלי ובמקרים מסוימים טיפול משטח בלייזר.
בכל שלב טכנולוגי מתקבלות החלטותמספר משימות, החל בהשגת גיאומטריית הרצועה הנדרשת וכלה בהיווצרות חיבורים בשכבות פני השטח של המתכת או על כל הקטע של הרצועה.
פלדה בעלת מבנה ננו שנראה כמו גומי
ננו-מבנה נקרא מבניפלדה, שבה נבחר ההרכב הכימי - מוסיפים מנגן, פחמן, כרום - ופרמטרי העיבוד יוצרים מבנה ייחודי. הוא מספק חוזק וגמישות גבוהים.
בעבר, כדי להשיג חומר כזה, הם התיכופלדה עם מבנה לא יציב, שבגללו, במהלך דפורמציה, שלבים שונים של המתכת עברו מאחד לשני, ומשנים את תכונותיהם. במילים אחרות, הפלדה התחזקה תחת לחץ מכני.
ופלדה בעלת מבנה ננו הוא חומר, בשבו לכל "גרגר" יש תאום המכוון בכיוון ההפוך. מסתבר שחומר אינו קורס בזמן דפורמציה, אלא נמתח - מבחינת תכונות, הוא דומה יותר לגומי. פלדה בעלת מבנה ננו יכול להתארך עד 50% מאורכה המקורי מבלי להישבר ועדיין לעמוד בעומסים של 10 טון לסנטימטר רבוע. לשם השוואה, פלדה רגילה חזקה פי 2.5 פחות ויכולה להתארך רק ב-20-25%.
חומר זה, למרות העובדה שעד כה שלהמיוצר רק במצב בדיקה ובנפחים קטנים, יש סיכויים גדולים בתעשיית הרכב ובהנדסת מכונות: ניתן להשתמש בפלדה בננו-מבנה כדי להשיג חלקים חזקים בעלי צורה מורכבת. אך בעוד שהייצור אינו מיוצר בהמוניו בשל מורכבות ועלות גבוהה, בשל כך, המחיר של כל גיליון גבוה מדי. אם הצורך בחומר יגדל, הייצור יקבל קנה מידה אחר לגמרי, ואז המחיר של כל יריעה יהפוך למקובל - מי יודע, אולי בעתיד הקרוב כל המכונות יהיו עשויות מפלדה כזו.
מטלורגיה בעשורים האחרוניםעשה צעד רב עוצמה קדימה: חומרים שנחשבו למדע בדיוני לפני חצי מאה ניתנים כעת להשיג בקנה מידה תעשייתי. רבים מהם עדיין לא נפוצים, אבל לא ידוע כיצד יתנהג השוק: אולי בקרוב מאוד נראה סוגים חדשים של פלדה בסמארטפונים, מקררים ומיקרוגלים.
קרא עוד:
התברר מה קורה למוח האנושי אחרי שעה אחת ביער
נודע איזה תה הורס חלבון במוח
יצורי ים מוזרים במעמקי האוקיינוס התבררו כדומים לבני אדם