自ら を癒す鋼
SF映画では、ロボットのダメージは自然に回復します
自己修復コーティングは、特殊なポリマー材料を使用したマイクロカプセルをベースに した特殊な塗料です。引っかき傷などの機械的衝撃により、カプセルが破壊され、カプセルから材料が放出され、損傷していないコーティングのエッジと反応して傷を修復し、その領域を表面から隔離することで、損傷を「修復」します。空気、金属の腐食を防ぎます。
このようなコーティングを施した鋼を製造することの難しさは、マイクロカプセルを使用した塗料の作成とその適用の両方にあります。
塗料はポリマーのコロイド溶液ですサイズが数マイクロメートルの修飾子とマイクロカプセル。改質剤、つまり結合剤は、ポリマーが液体状態でマイクロカプセル内にあることを保証するために必要です。混合物自体の組成は分類されており、世界中でその生産に従事している企業はごくわずかです。技術は新しく、まだパイロット段階にあります。
「自己修復コーティングは特殊塗料」
液状の組成物を鋼に塗布し、次に、乾燥オーブンを使用してバインダーを除去し、マイクロカプセルを含む連続ポリマー層を残します。コーティングが均一に分散され、カプセル自体が損傷していないことが重要です。そうしないと、鋼の特性が領域によって異なります。
市場が素材の特性を評価し、生産量が増え、製品単価が下がると、そのような鋼が普及することが予測できます。
バクテリアキラー鋼
抗菌コーティングを施したスチールを使用薬。医師の器具、手すりや壁のパネルなど、有害な微生物が通常蓄積する病院の建物の要素を作るために使用されます。さらに、パンデミックの間、多くの機器メーカー、特にスマートフォンやラップトップがそれからガジェットケースを作り始めました.
鋼の張り方にはいくつかのバリエーションがあります抗菌性を獲得します。多くの場合、銀イオンと銅イオンを含むポリマーコーティングが材料の表面に適用されます。これらの金属は、微生物との戦いに非常に効果的です。接触すると、それらは殻を破壊し、微生物の 99% を殺します。
たとえば、鋼を溶液に浸す場合電解質と特別な方法で電圧を印加すると、表面にナノ構造が形成されます:微細な井戸、スパイク、針。それらは、金属イオンと同様に、細菌の膜を損傷し、殺します同時に、そのような鋼が得られる過程での技術的プロセスは、材料の加工にすでに使用されている– 同様の方法で、金属は研磨または与えられます防錆性があります。
どちらのアプローチも動物細胞や植物細胞にとって安全です。それらのサイズは微生物のサイズをはるかに超えているため、人は何も恐れることはありません.
今日の抗菌コーティングを施したスチールの有望な用途分野は、換気および外装パネルの製造です。たとえば、輸送および施設の室内装飾です。
「冶金学者は、軽い部品を作るために強くて軽い鋼を作る方法を探しています。」
ヘビー デューティー スチール - ヘビー デューティー マシン用
冶金学者は同時に作成する方法を探しています軽い部品を作るための強くて軽い鋼。自動車の生産では、これにより速度とドライバーの安全性が向上します。また、特別な機器の製造では、耐久性があり軽量な船体が燃料消費を削減します。
目的のパラメーターを達成するために、冶金学者はさまざまな相の組み合わせで金属構造を形成します。その中には、強度を高めるものもあれば、延性を維持するものもあります。
合計すると、鋼のいくつかの段階が冶金学で区別されます。フェライト、続いてパーライト、ソルバイト、トルースタイト、ベイナイト、マルテンサイト。フェライトは強度が低いのが特徴ですが、延性があり伸びやすいです。相がフェライトから遠いほど、強度が高くなり、延性が低くなります。
より強い相の介在物(例えば、マルテンサイト)がプラスチックフェライトマトリックスに添加されると、同時に、各相の特性により、延性があり耐久性があります。同時に、異なる相の組み合わせからなる鋼は、それらが互いに離れている場合、より困難になります。その他 __________。
フェライト・パーライト鋼は昔から手に入れることを学び、今日、それは冶金の標準的なタスクの 1 つです。フェライト - トルースタイトおよびフェライト - ベイナイト鋼は入手がはるかに困難ですが、大規模な冶金会社はそれを習得しています.しかし、強力なフェライト マルテンサイトは、特殊な装置と一定レベルの技術開発を必要とする複雑な技術プロセスの結果としてすでに生まれています。
電化製品の鉄の「心」
電磁材料としての鋼の応用分野の1つは、変圧器、発電機、電気モーターのコアの製造です。鉄は、独自の磁場を作り出すことができるユニークな材料です。これは、その原子構造によるものです。
鉄原子の構造には4つの開いた3次元殻があり、10個の電子の代わりに6個の電子しかありません。いくつかの元素(鉄に加えて、これはニッケルやコバルトなど)の場合、4sシェルの2つの電子を埋めることがエネルギー的に有利になります。そのため、軌道磁気モーメントとスピン磁気モーメントが補償されず、原子核の周りを周回して生成する電子がいくつかあります。独自の磁場。
一部の金属（金、アルミニウム）は電子を持っていますシェル上で互いに補償し合うため、材料は磁場を作成しません。磁化できる未完成の d シェルを持つ他の多くの金属がありますが、鉄、ニッケル、およびコバルトのみが、冷却するだけでなく、室温でこれらの特性を示します。
電子機器の鋼は十分に磁化されている必要があります外部磁場で、その方向を変えるとすぐに再磁化します。ほとんどの産業用および住宅用ネットワークでは、これは 1 秒あたり 50 回発生します。このプロセスの主な要件は、磁化反転の容易さです。これにより、完成品の動作中のエネルギー消費が最小限に抑えられます。
素材の鉄は結晶原子が端の上部と立方体の中心に位置する構造。レゴとほぼ同じ。各原子の個々の磁場が合計されて共通の場になることが判明しました。これにより、鉄でできた部品が再磁化したり、磁石に引き付けられたり、それら自体の役割を果たしたりすることができます。
「鉄は独自の磁場を作ることができるユニークな素材です」
特殊変圧器用鋼
変圧器鋼は亜種の 1 つです。電気鋼。これは、鋼の各セクションの結晶格子が空間内で均等に配向されている特殊な構造を備えているため、電気機器の動作中のエネルギー損失を最小限に抑えることができます。
そして今、簡単な言葉で。大量の鋼は不均一です。それらは、原子が立方晶格子を形成する金属の小さな「粒子」で構成されています。同時に、通常の鋼では、異なる「粒子」が互いに異なる方向を向いている可能性があります。それらの磁場もそれぞれ異なる方向を持っています。
変圧器鋼では、冶金学者が成功するわずか数度の異なる「粒子」の格子間の偏差を達成するために。この配向の結果として、材料のすべての原子が個々の「粒子」ではなく単一の格子に含まれているかのように、構造が単結晶になりやすい材料が得られます。強磁性の古典理論の観点から見た金属のそのような構造は、磁場がすべての「粒子」を一方向に通過し、電気ユニットのコアの急速な磁化反転を提供するため、エネルギー的に最も有利です。最小限の電力損失で。
変圧器鋼生産の技術サイクルは、鉄冶金全体の中で最も複雑です。鋼は特定の化学組成の助けを借りて製錬されます:例えば、シリコンはそれに添加されます。これにより、電気抵抗が増加し、表面電流が磁場を乱すことはありません。これに続いて、熱間圧延、酸洗い、冷間圧延、脱炭焼鈍、2回目の冷間圧延、保護コーティング、高温焼鈍、電気絶縁コーティング、場合によってはレーザー表面処理が行われます。
各技術段階で、意思決定が行われます必要なストリップの形状を取得することから始まり、金属の表面層またはストリップのセクション全体にジョイントを形成することで終わるいくつかのタスク。
ゴムのように見えるナノ構造鋼
ナノ構造は構造的と呼ばれます化学組成が選択された鋼 - マンガン、炭素、クロムが追加され、処理パラメーターが独自の構造を形成します。高い強度と延性を提供します。
以前は、そのような材料を得るために、彼らは精錬しました不安定な構造を持つ鋼。これにより、変形中に金属のさまざまな相が次々と通過し、それらの特性が変化します。言い換えれば、鋼は機械的ストレスの下でより強くなりました.
そして、ナノ構造鋼は材料です。各「粒子」には、反対方向に向いた双子があります。変形中に崩れることはありませんが、伸びる素材であることがわかります。特性の点では、ゴムに似ています。ナノ構造鋼は、壊れることなく元の長さの 50% まで伸ばすことができ、1 平方センチメートルあたり 10 トンの荷重にも耐えることができます。比較のために、通常の鋼は強度が 2.5 倍低く、20 ～ 25% しか伸びません。
この素材は、これまでのところそのテストモードで少量生産されるだけで、自動車産業と機械工学で大きな可能性を秘めています。ナノ構造鋼を使用して、複雑な形状の強力な部品を得ることができます。しかし、製造が複雑でコストがかかるため大量生産には至らず、そのために1枚あたりの価格が高すぎます。材料の必要性が高まると、生産はまったく異なる規模になり、各シートの価格は受け入れられるようになります-おそらく近い将来、すべての機械がそのような鋼で作られるでしょう.
過去数十年の冶金は強力な一歩を踏み出しました。半世紀前には SF と見なされていた資料が、今や産業規模で入手できるようになりました。それらの多くはまだ普及していませんが、市場がどのように振る舞うかはわかりません.おそらくすぐにスマートフォン、冷蔵庫、電子レンジで新しいタイプの鋼が見られるでしょう.
続きを読む：
森の中で1時間過ごした後、人間の脳に何が起こるかが判明
どのお茶が脳内のタンパク質を破壊するかが判明
深海に生息する奇妙な海洋生物が人間に似ていることが判明