Tērauds, kas pats “dziedē”
Zinātniskās fantastikas filmās bojājumi robotiem dziedē paši.
Pašdziedinošie pārklājumi ir īpašikrāsas. To pamatā mikrokapsulas ar īpašu polimēru materiālu. Pie jebkura mehāniska trieciena, piemēram, skrāpējuma, kapsulas tiek iznīcinātas un no tām izdalās materiāls, kas nosedz ievainoto vietu, un uz virsmas veidojas polimēra slānis. Tas “izārstē” bojājumus, reaģējot ar nebojātā pārklājuma malām un liekot tam sadziedēt skrāpējumu, kā arī izolēt zonu no gaisa, novēršot metāla koroziju.
Grūtības ražot tēraudu ar šādu pārklājumu ir gan krāsas veidošanā ar mikrokapsulām, gan tās pielietošanā.
Krāsa ir koloidāls polimēru šķīdumsmodifikatori un mikrokapsulas, kuru izmērs ir vairāki mikrometri. Modifikatori, tas ir, saistvielas, ir nepieciešami, lai nodrošinātu, ka polimēri atrodas mikrokapsulu iekšpusē šķidrā stāvoklī. Pats maisījuma sastāvs ir klasificēts, un tikai daži uzņēmumi visā pasaulē nodarbojas ar tā ražošanu - tehnoloģija ir jauna un joprojām ir izmēģinājuma stadijā.
"Pašdziedinošie pārklājumi ir īpašas krāsas"
Состав в жидком состоянии наносят на сталь, а tad saistvielas tiek noņemtas, izmantojot žāvēšanas krāsni, atstājot vienlaidu polimēru slāni ar mikrokapsulām. Ir svarīgi, lai pārklājums būtu vienmērīgi sadalīts un pašas kapsulas netiktu bojātas, pretējā gadījumā tērauda īpašības dažādās vietās atšķirsies.
Ja tirgus novērtēs materiāla īpašības, tā ražošana kļūst lielāka, un preces vienības cena samazināsies, tad var prognozēt, ka šāds tērauds kļūs plaši izplatīts.
Tērauds ir baktēriju iznīcinātājs
Tiek izmantots tērauds ar antibakteriālu pārklājumumedicīna. To izmanto, lai ražotu ārstu instrumentus, slimnīcu ēku elementus, piemēram, margas vai paneļus uz sienām, kur parasti uzkrājas kaitīgie mikroorganismi. Turklāt pandēmijas laikā daudzi aprīkojuma, īpaši viedtālruņu un klēpjdatoru, ražotāji sāka no tā izgatavot sīkrīku korpusus.
Tēraudam ir vairākas variācijasiegūst antibakteriālas īpašības. Biežāk materiāla virsmai tiek uzklāts polimēru pārklājums, kas satur sudraba un vara jonus. Šie metāli ļoti efektīvi cīnās ar mikrobiem: saskaroties, tie iznīcina to čaulas, nogalinot 99% mikroorganismu.
Bet ir arī citi notikumi.Piemēram, ja tēraudu iegremdē elektrolīta šķīdumā un īpašā veidā pieliek spriegumu, uz virsmas veidojas nanostruktūras: mikroskopiskas bedres, tapas un adatas. Tie, tāpat kā metāla joni, bojā baktēriju membrānas un nogalina tās. Tajā pašā laikā tehnoloģiskais process, kurā tiek ražots šāds tērauds, neatšķiras no materiāla apstrādē jau izmantotajiem - līdzīgā veidā metāls tiek pulēts vai tam tiek piešķirtas pretkorozijas īpašības.
Abas pieejas ir drošas dzīvnieku un augu šūnām: to izmēri ievērojami pārsniedz mikrobu izmēru, cilvēkiem nav no kā baidīties.
Daudzsološas pielietojuma jomas tēraudam ar antibakteriāliem pārklājumiem mūsdienās ir ventilācijas un apšuvuma paneļu ražošana – piemēram, iekšējā apdare transportā un telpās.
"Metalurgi meklē veidus, kā izveidot gan stipru, gan vieglu tēraudu, lai izgatavotu vieglas detaļas."
Īpaši stiprs tērauds - lieljaudas mašīnām
Metalurgi meklē veidus, kā radīt vienlaicīgistiprs un viegls tērauds vieglu detaļu izgatavošanai. Automašīnu ražošanā tas palielinās to ātrumu un autovadītāja drošību. Un, ražojot īpašu aprīkojumu, izturīgi un viegli korpusi samazinās degvielas patēriņu.
Lai sasniegtu nepieciešamos parametrus, metalurgi veido metāla konstrukciju ar dažādu fāžu kombināciju, no kurām dažas nodrošina stiprības pieaugumu, bet citas ir atbildīgas par elastības saglabāšanu.
Kopumā metalurģijā izšķir vairākas tērauda fāzes:ferīts, kam seko perlīts, sorbīts, troostīts, bainīti un martensīts. Ferītam raksturīga zema stiprība, taču tas ir plastisks un viegli stiepjas. Jo tālāk fāze atrodas no ferīta, jo lielāka ir tās stiprība un zemāka elastība.
Ja pievienojat plastmasas ferīta matricaimijas ar stiprākām fāzēm (piemēram, martensīts), iegūsit “pīrāgu”, kas būs gan plastisks, gan stingrs – katras fāzes īpašību dēļ. Tajā pašā laikā ir grūtāk iegūt tēraudu, kas sastāv no dažādu fāžu kombinācijas, ja tās atrodas tālu viena no otras.
Viņi jau sen iemācījās ražot ferīta-perlīta tēraudu,mūsdienās tas ir viens no metalurģijas standarta uzdevumiem. Ferīta-troostīta un ferīta-bainīta tēraudu ir daudz grūtāk ražot, taču lielie metalurģijas uzņēmumi to ir apguvuši. Bet spēcīgais ferīta-martensīts ir ļoti sarežģīta tehnoloģiskā procesa rezultāts, kam nepieciešams īpašs aprīkojums un zināms tehnoloģiju attīstības līmenis.
Elektrisko ierīču tērauda “sirdis”.
Viena no tērauda pielietošanas jomām ir kāelektromagnētiskais materiāls - transformatoru, ģeneratoru un elektromotoru serdeņu ražošana. Dzelzs ir unikāls materiāls, kas spēj radīt savu magnētisko lauku. Tas ir saistīts ar tā atomu struktūru.
Dzelzs atoma struktūrā ir četras atvērtas struktūras.3D apvalks un desmit elektronu vietā ir tikai seši. Dažu elementu gadījumā (bez dzelzs tie ir, piemēram, niķelis un kobalts) divu elektronu aizpildīšana 4s čaulā, kas atrodas vistālāk no kodola, kļūst enerģētiski izdevīgāka nekā 3d čaulas aizpildīšana. Tas atstāj dažus elektronus, kuru orbītas un griešanās magnētiskie momenti netiek kompensēti, tie griežas orbītā ap kodolu un rada savu magnētisko lauku.
Dažos metālos (zeltā, alumīnijā) ir elektroniuz čaumalām kompensē viens otru, kā dēļ materiāli nerada magnētisko lauku. Ir daudzi citi metāli ar nepilnīgiem d-apvalkiem, kas spēj magnetizēties, taču tikai dzelzs, niķelis un kobalts uzrāda šīs īpašības istabas temperatūrā, ne tikai atdzesējot.
Tēraudam elektronikā jābūt labi magnetizētamārējā magnētiskajā laukā un ātri pārmagnetizējas, mainoties virzienam. Lielākajā daļā rūpniecības un patērētāju tīklu tas notiek 50 reizes sekundē. Galvenā prasība šajā procesā ir magnetizācijas maiņas vieglums, kas nodrošinās minimālu enerģijas patēriņu gatavā produkta darbības laikā.
Dzelzs kā materiāls ir kristālisksstruktūra, kurā atomi atrodas kubu malu augšdaļās un centrā. Gandrīz kā Lego komplekts. Izrādās, ka katra atoma atsevišķie magnētiskie lauki summējas kopīgā laukā - pateicoties tam no dzelzs izgatavotās detaļas var tikt remagnetizētas, pievilktas pie magnētiem vai pašas darboties kā magnēti.
"Dzelzs ir unikāls materiāls, kas spēj radīt savu magnētisko lauku"
Unikāls tērauds transformatoriem
Transformatoru tērauds ir viena no pasugāmelektriskie tēraudi. Tam ir īpaša struktūra, kur katras tērauda sekcijas kristāla režģis ir vienādi orientēts telpā, kā dēļ iespējams panākt minimālus enerģijas zudumus elektroierīces darbības laikā.
Un tagad vienkāršiem vārdiem.Lieli tērauda apjomi ir neviendabīgi - tie sastāv no maziem metāla “graudiem”, kuros atomi veido kubisku kristāla režģi. Turklāt parastajā tēraudā dažādi “graudi” var būt atšķirīgi orientēti viens pret otru - attiecīgi arī to magnētiskajiem laukiem ir dažādi virzieni.
Transformatoru tēraudā metalurgiem tas izdodaspanākt tikai pāris grādu novirzi starp dažādu “graudu” režģiem. Šīs orientācijas rezultātā tiek iegūts materiāls, kas pēc struktūras tiecas uz monokristālu, it kā viena režģa sastāvā būtu iekļauti absolūti visi materiāla atomi, nevis atsevišķi “graudi”. No klasiskās feromagnētisma teorijas viedokļa šāda metāla konstrukcija ir enerģētiski vislabvēlīgākā, jo magnētiskais lauks iet cauri visiem “graudiem” vienā virzienā un nodrošina ātru elektriskā bloka kodola magnetizācijas apvērsumu ar minimālu. elektroenerģijas zudumi.
Tehnoloģiskais ražošanas ciklsTransformatoru tērauds ir vissarežģītākais visā melnajā metalurģijā. Tēraudu kausē, izmantojot noteiktu ķīmisko sastāvu: piemēram, tam pievieno silīciju, kā rezultātā palielinās elektriskā pretestība un virsmas strāvas netraucē magnētisko lauku. Nākamā - karstā velmēšana, kodināšana, aukstā velmēšana, atkarsēšana, otrā aukstā velmēšana, aizsargpārklājuma uzklāšana, rūdīšana augstā temperatūrā, elektroizolācijas pārklājuma uzklāšana un atsevišķos gadījumos virsmas apstrāde ar lāzeru.
Katrā tehnoloģiskajā posmā tas tiek izlemtsvairāki uzdevumi, sākot no vajadzīgās sloksnes ģeometrijas iegūšanas un beidzot ar savienojumu veidošanu metāla virsmas slāņos vai visā lentes šķērsgriezumā.
Nanostrukturēts tērauds, kas līdzīgs gumijai
Nanostrukturētu sauc par strukturālutērauds, kurā tiek izvēlēts ķīmiskais sastāvs - pievienots mangāns, ogleklis, hroms - un tehnoloģiskie apstrādes parametri veido unikālu struktūru. Tas nodrošina augstu izturību un elastību.
Iepriekš, lai iegūtu šādu materiālu, viņi kausējatērauds ar nestabilu struktūru, kura dēļ deformācijas laikā dažādas metāla fāzes pārgāja no vienas uz otru, mainot to īpašības. Citiem vārdiem sakot, tērauds kļuva stiprāks mehāniskā sprieguma ietekmē.
Un nanostrukturēts tērauds ir materiālskurā katram “graudam” ir pretējā virzienā orientēts dubultnieks. Rezultāts ir materiāls, kas deformējoties nesabrūk, bet stiepjas – tā īpašības vairāk atgādina gumiju. Nanostrukturētais tērauds var izstiepties līdz 50% no tā sākotnējā garuma, nesalaužot un izturēt slodzi 10 tonnas uz kvadrātcentimetru. Salīdzinājumam, parastais tērauds ir 2,5 reizes mazāk izturīgs un var pagarināties tikai par 20–25%.
Šis materiāls, neskatoties uz to, ka tas joprojām irražots tikai testa režīmā un nelielos apjomos, tam ir lielas perspektīvas automobiļu rūpniecībā un mašīnbūvē: nanostrukturētu tēraudu var izmantot, lai ražotu sarežģītas formas izturīgas detaļas. Bet, lai gan ražošana sarežģītības un augsto izmaksu dēļ nav plaši izplatīta, katras loksnes cena ir pārāk augsta. Ja pieaugs nepieciešamība pēc materiāla, ražošana iegūs pavisam citus mērogus, un tad katras loksnes cena kļūs pieņemama - kas zina, varbūt tuvākajā laikā visas mašīnas sāks ražot no šāda tērauda.
Металлургия за последние несколько десятилетий мощно шагнула вперед: материалы, которые полвека назад считались фантастикой, сегодня можно получить в промышленных масштабах. Многие из них пока не носят массовый характер, но неизвестно, как поведет себя рынок: может быть, совсем скоро мы увидим новые виды стали в смартфонах, холодильниках и микроволновках.
Lasīt vairāk:
Izrādījās, kas notiek ar cilvēka smadzenēm pēc stundas mežā
Kļuva zināms, kura tēja smadzenēs iznīcina olbaltumvielas
Savādi jūras radījumi okeāna dzīlēs izrādījās līdzīgi cilvēkiem