Stål som «helbreder» seg selv
I science fiction-filmer leges skader på roboter av seg selv.
Selvhelbredende belegg er spesiellemaling. I kjernen mikrokapsler med et spesielt polymermateriale. Med enhver mekanisk påvirkning, for eksempel en ripe, blir kapslene ødelagt og materiale frigjøres fra dem, som dekker det skadede området, og et polymerlag dannes på overflaten. Det "heler" skaden ved å reagere med kantene på det uskadede belegget og få det til å helbrede ripen, samt isolere området fra luft, og forhindre korrosjon av metallet.
Vanskeligheten med å produsere stål med et slikt belegg ligger både i å lage maling med mikrokapsler og i dens påføring.
Maling er en kolloidal løsning av polymerermodifikatorer og mikrokapsler flere mikrometer i størrelse. Modifikatorer, det vil si bindemidler, er nødvendig for å sikre at polymerene er inne i mikrokapslene i flytende tilstand. Sammensetningen av selve blandingen er klassifisert, og bare noen få selskaper rundt om i verden er engasjert i produksjonen - teknologien er ny og er fortsatt i pilotstadiet.
"Selvhelbredende belegg er spesielle malinger"
Sammensetningen i flytende tilstand påføres stål, ogderetter fjernes bindemidlene ved hjelp av en tørkeovn, og etterlater et kontinuerlig polymerlag med mikrokapsler. Det er viktig at belegget er jevnt fordelt og at selve kapslene ikke blir skadet, ellers vil egenskapene til stålet variere på ulike områder.
Hvis markedet setter pris på egenskapene til materialet, produksjonen blir større og enhetsprisen på produktet faller, kan det forutses at slikt stål vil bli utbredt.
Bakteriedreperstål
Stål med antibakterielt belegg brukes imedisin. Det brukes til å lage instrumenter av leger, elementer av sykehusbygninger som rekkverk eller paneler på vegger, hvor skadelige mikroorganismer vanligvis samler seg. Dessuten, under pandemien, begynte mange produsenter av utstyr, spesielt smarttelefoner og bærbare datamaskiner, å lage gadgetvesker av det.
Det er flere variasjoner på hvordan stålfår antibakterielle egenskaper. Oftere påføres et polymerbelegg på overflaten av materialet, som inkluderer sølv- og kobberioner. Disse metallene er svært effektive i kampen mot mikrober: ved kontakt ødelegger de skjellene og dreper 99% av mikroorganismene.
Men det er andre utviklinger.For eksempel, hvis stål senkes ned i en elektrolyttløsning og en spenning påføres på en spesiell måte, dannes nanostrukturer på overflaten: mikroskopiske groper, pigger og nåler. De, som metallioner, skader membranene til bakterier og dreper dem. Samtidig skiller den teknologiske prosessen der slikt stål produseres seg ikke fra de som allerede er brukt til å behandle materialet - på lignende måte er metallet polert eller gitt anti-korrosjonsegenskaper.
Begge tilnærmingene er trygge for dyre- og planteceller: størrelsen deres overstiger i stor grad størrelsen på mikrober, en person har ingenting å frykte.
Lovende bruksområder for stål med antibakterielle belegg i dag er produksjon av ventilasjons- og kledningspaneler - for eksempel interiør i transport og lokaler.
"Metallurger leter etter måter å lage både sterkt og lett stål for å lage lette deler"
Heavy Duty Steel - For Heavy Duty maskiner
Metallurger leter etter måter å skape samtidigsterkt og lett stål for å lage lette deler. I produksjonen av biler vil dette øke hastigheten og førersikkerheten. Og ved produksjon av spesialutstyr vil slitesterke og lette skrog redusere drivstofforbruket.
For å oppnå de ønskede parameterne danner metallurger en metallstruktur med en kombinasjon av ulike faser, hvorav noen gir en økning i styrke, mens andre er ansvarlige for å opprettholde duktiliteten.
Totalt skilles flere faser av stål i metallurgi:ferritt, etterfulgt av perlitt, sorbitt, troostitt, bainitt og martensitt. Ferritt kjennetegnes ved lav styrke, samtidig som den er formbar og lett strekkbar. Jo lenger fra ferritten er fasen, desto høyere er dens styrke og desto lavere duktilitet.
Hvis du legger til en plast ferrittmatriseispedd sterkere faser (for eksempel martensitt), vil du få en "pai" som vil være både plastisk og sterk - på grunn av egenskapene til hver av fasene. Samtidig er det vanskeligere å få tak i stål som består av en kombinasjon av ulike faser dersom de er plassert langt fra hverandre.
Ferritt-perlitt stål lært å få for lenge siden,i dag er det en av metallurgiens standardoppgaver. Ferritt-troostitt og ferritt-bainitisk stål er mye vanskeligere å få tak i, men store metallurgiske selskaper har mestret det. Men en sterk ferritt-martensitt er allerede resultatet av en kompleks teknologisk prosess som krever spesialutstyr og et visst nivå av teknologiutvikling.
Stål "hjerter" av elektriske apparater
Et av bruksområdene for stål er aselektromagnetisk materiale - produksjon av kjerner for transformatorer, generatorer og elektriske motorer. Jern er et unikt materiale som er i stand til å skape sitt eget magnetfelt. Dette skyldes dens atomstruktur.
Jernatomet har fire åpne strukturer i sin struktur.3d-skall og i stedet for ti elektroner er det bare seks. Når det gjelder noen grunnstoffer (i tillegg til jern er disse for eksempel nikkel og kobolt) blir fylling av to elektroner i 4s-skallet, som er lengst fra kjernen, energimessig gunstigere enn fylling av 3d-skallet. Dette etterlater noen få elektroner hvis orbitale og spinnmagnetiske momenter ikke kompenseres de roterer i bane rundt kjernen og skaper sitt eget magnetiske felt.
Noen metaller (gull, aluminium) har elektronerpå skjellene kompenserer hverandre, på grunn av hvilke materialene ikke skaper et magnetfelt. Det er mange andre metaller med uferdige d-skall som kan magnetiseres, men bare jern, nikkel og kobolt viser disse egenskapene ved romtemperatur, ikke bare avkjølt.
Stål i elektronikk må være godt magnetiserti et eksternt magnetfelt og remagnetisere raskt når du endrer retning. For de fleste industri- og bolignettverk skjer dette 50 ganger i sekundet. Hovedkravet i denne prosessen er nettopp den enkle magnetiseringsreversering, som vil sikre minimalt energiforbruk under driften av det ferdige produktet.
Jern som materiale er krystallinsken struktur der atomene er plassert på toppen av kantene og i midten av kubene. Nesten som i Lego. Det viser seg at de individuelle magnetfeltene til hvert atom summerer seg til et felles felt - på grunn av det kan deler laget av jern remagnetisere, bli tiltrukket av magneter eller selv opptre i rollen sin.
"Jern er et unikt materiale som kan skape sitt eget magnetfelt"
Unikt stål for transformatorer
Transformatorstål er en av underarteneelektriske stål. Den har en spesiell struktur, der krystallgitteret til hver seksjon av stålet er likt orientert i rommet, på grunn av hvilket det er mulig å oppnå minimale energitap under driften av det elektriske apparatet.
Og nå med enkle ord.Store volumer stål er heterogene - de består av små "korn" av metall der atomer danner et kubisk krystallgitter. Samtidig, i vanlig stål, kan forskjellige "korn" være orientert forskjellig i forhold til hverandre - deres magnetiske felt har også forskjellige retninger.
I transformatorstål lykkes metallurgerfor å oppnå et avvik mellom gitterne til forskjellige "korn" på bare et par grader. Som et resultat av denne orienteringen oppnås et materiale som i struktur tenderer til en enkelt krystall, som om absolutt alle atomer i materialet var inkludert i et enkelt gitter, og ikke individuelle "korn". En slik struktur av metallet fra synspunktet til den klassiske teorien om ferromagnetisme er den mest energimessig fordelaktige, siden magnetfeltet passerer gjennom alle "kornene" i en retning og gir en rask magnetiseringsreversering av kjernen til den elektriske enheten med minimalt strømtap.
Teknologisk produksjonssyklusTransformatorstål er det mest komplekse i hele jernmetallurgien. Stål smeltes ved hjelp av en viss kjemisk sammensetning: for eksempel tilsettes silisium til det, på grunn av hvilket den elektriske motstanden øker og overflatestrømmer ikke forstyrrer magnetfeltet. Deretter kommer varmvalsing, beising, kaldvalsing, avkarboniseringsgløding, en ny kaldvalsing, påføring av et beskyttende belegg, høytemperaturgløding, påføring av et elektrisk isolerende belegg og, i noen tilfeller, laseroverflatebehandling.
På hvert teknologiske trinn tas beslutningerflere oppgaver, som starter med å oppnå den nødvendige strimmelgeometrien og slutter med dannelsen av skjøter i overflatelagene av metallet eller over hele seksjonen av strimmelen.
Nanostrukturert stål som ser ut som gummi
Nanostrukturert kalles strukturellstål, der den kjemiske sammensetningen er valgt - mangan, karbon, krom tilsettes - og prosessparametrene danner en unik struktur. Det gir høy styrke og duktilitet.
Tidligere, for å få et slikt materiale, smeltet destål med en ustabil struktur, på grunn av hvilken, under deformasjon, gikk forskjellige faser av metallet fra den ene til den andre, og endret egenskapene deres. Med andre ord ble stålet sterkere under mekanisk påkjenning.
Og nanostrukturert stål er et materiale, ider hvert "korn" har en tvilling orientert i motsatt retning. Det viser seg et materiale som ikke kollapser under deformasjon, men strekker seg - når det gjelder egenskaper, er det mer som gummi. Nanostrukturert stål kan forlenges opptil 50 % av sin opprinnelige lengde uten å knekke og tåler fortsatt belastninger på 10 tonn per kvadratcentimeter. Til sammenligning er vanlig stål 2,5 ganger mindre sterkt og kan bare forlenges med 20-25%.
Dette materialet, til tross for at så langt er detprodusert kun i testmodus og i små volum, har store muligheter i bilindustrien og maskinteknikk: nanostrukturert stål kan brukes til å oppnå sterke deler med kompleks form. Men mens produksjonen ikke er masseprodusert på grunn av kompleksitet og høye kostnader, er prisen på hvert ark for høy på grunn av dette. Hvis etterspørselen etter materialet vokser, vil produksjonen få en helt annen skala, og da vil prisen på hvert ark bli akseptabel - hvem vet, kanskje i nær fremtid vil alle maskiner bli laget av slikt stål.
Metallurgi de siste tiårenehar tatt et kraftig skritt fremover: materialer som ble ansett som science fiction for et halvt århundre siden kan nå fås i industriell skala. Mange av dem er ennå ikke utbredt, men det er ikke kjent hvordan markedet vil oppføre seg: kanskje veldig snart vil vi se nye typer stål i smarttelefoner, kjøleskap og mikrobølgeovner.
Les mer:
Det viste seg hva som skjer med menneskehjernen etter en time i skogen
Det ble kjent hvilken te som ødelegger protein i hjernen
Rare sjødyr i dypet av havet viste seg å ligne på mennesker