Aço que “cura” a si mesmo
Nos filmes de ficção científica, os danos causados aos robôs cicatrizam por conta própria.
Revestimentos autocurativos são especiaistintas. Em sua essência microcápsulas com um material polimérico especial. Com qualquer impacto mecânico, por exemplo, um arranhão, as cápsulas são destruídas e delas é liberado material que cobre a área lesionada, formando-se uma camada de polímero na superfície. Ele “cura” o dano reagindo com as bordas do revestimento não danificado e fazendo com que ele cure o arranhão, além de isolar a área do ar, evitando a corrosão do metal.
A dificuldade em produzir aço com tal revestimento está tanto na criação da tinta com microcápsulas quanto na sua aplicação.
A tinta é uma solução coloidal de polímerosmodificadores e microcápsulas com vários micrômetros de tamanho. Modificadores, ou seja, ligantes, são necessários para garantir que os polímeros estejam dentro das microcápsulas em estado líquido. A composição da própria mistura é classificada, e apenas algumas empresas ao redor do mundo estão engajadas em sua produção - a tecnologia é nova e ainda está em fase piloto.
"Revestimentos auto-regenerativos são tintas especiais"
A composição no estado líquido é aplicada ao aço, eem seguida, os aglutinantes são removidos usando um forno de secagem, deixando uma camada contínua de polímero com microcápsulas. É importante que o revestimento seja distribuído uniformemente e que as próprias cápsulas não sejam danificadas, caso contrário, as propriedades do aço serão diferentes em diferentes áreas.
Se o mercado valoriza as propriedades do material, sua produção se torna maior e o preço unitário do produto cai, pode-se prever que esse aço se generalize.
Aço matador de bactérias
O aço com revestimento antibacteriano é usado emmedicamento. É usado para fazer instrumentos de médicos, elementos de edifícios hospitalares como grades ou painéis em paredes, onde geralmente se acumulam microorganismos nocivos. Além disso, durante a pandemia, muitos fabricantes de equipamentos, principalmente smartphones e laptops, começaram a fabricar estojos para gadgets.
Existem várias variações de como o açoadquire propriedades antibacterianas. Mais frequentemente, um revestimento de polímero é aplicado à superfície do material, que inclui íons de prata e cobre. Esses metais são muito eficazes no combate aos micróbios: em contato, destroem suas conchas, matando 99% dos microrganismos.
Mas há outros desenvolvimentos.Por exemplo, se o aço for imerso em uma solução eletrolítica e uma voltagem for aplicada de maneira especial, nanoestruturas são formadas na superfície: poços microscópicos, pontas e agulhas. Eles, como os íons metálicos, danificam as membranas das bactérias e as matam. Ao mesmo tempo, o processo tecnológico durante o qual esse aço é produzido não difere daqueles já utilizados no processamento do material - da mesma forma, o metal é polido ou recebe propriedades anticorrosivas.
Ambas as abordagens são seguras para células animais e vegetais: seu tamanho excede em muito o tamanho dos micróbios, uma pessoa não tem nada a temer.
As áreas de aplicação promissoras do aço com revestimentos antibacterianos hoje são a fabricação de painéis de ventilação e revestimento - por exemplo, decoração de interiores em transportes e instalações.
"Os metalúrgicos estão procurando maneiras de criar aço forte e leve para fazer peças leves"
Aço para Serviços Pesados - Para Máquinas para Serviços Pesados
Os metalúrgicos estão procurando maneiras de criar simultaneamenteaço forte e leve para fazer peças leves. Na produção de carros, isso aumentará a velocidade e a segurança do motorista. E na produção de equipamentos especiais, os cascos duráveis e leves reduzirão o consumo de combustível.
Para atingir os parâmetros desejados, os metalúrgicos formam uma estrutura metálica com a combinação de várias fases, algumas das quais proporcionam aumento de resistência, enquanto outras são responsáveis pela manutenção da ductilidade.
No total, várias fases do aço são distinguidas na metalurgia:ferrita, seguida de perlita, sorbita, troostita, bainita e martensita. A ferrita é caracterizada por baixa resistência, enquanto é dúctil e facilmente esticada. Quanto mais distante da ferrita estiver a fase, maior será sua resistência e menor será a ductilidade.
Se você adicionar a uma matriz de ferrite plásticaintercaladas com fases mais fortes (por exemplo, martensita), você obterá uma “torta” que será plástica e forte - devido às propriedades de cada uma das fases. Ao mesmo tempo, é mais difícil obter aço constituído por uma combinação de diferentes fases se estiverem localizadas distantes umas das outras.
Aço ferrita-perolítico aprendeu a obter há muito tempo,hoje é uma das tarefas padrão da metalurgia. O aço ferrita-troostita e ferrita-bainítico é muito mais difícil de obter, mas grandes empresas metalúrgicas o dominaram. Mas uma ferrita-martensita forte já é resultado de um processo tecnológico complexo que exige equipamentos especiais e certo nível de desenvolvimento tecnológico.
"Corações" de aço de aparelhos elétricos
Uma das áreas de aplicação do aço é comomaterial eletromagnético – produção de núcleos para transformadores, geradores e motores elétricos. O ferro é um material único capaz de criar seu próprio campo magnético. Isso se deve à sua estrutura atômica.
O átomo de ferro possui quatro estruturas abertas em sua estrutura.Camada 3D e em vez de dez elétrons existem apenas seis. No caso de alguns elementos (além do ferro, são, por exemplo, o níquel e o cobalto), o preenchimento de dois elétrons na camada 4s, que fica mais distante do núcleo, torna-se energeticamente mais favorável do que o preenchimento da camada 3d. Isso deixa alguns elétrons cujos momentos magnéticos orbitais e de spin não são compensados; eles giram em órbita ao redor do núcleo e criam seu próprio campo magnético.
У некоторых металлов (золото, алюминий) электроны nas conchas se compensam, devido ao qual os materiais não criam um campo magnético. Existem muitos outros metais com conchas d inacabadas que podem ser magnetizadas, mas apenas ferro, níquel e cobalto exibem essas propriedades à temperatura ambiente, não apenas resfriados.
O aço na eletrônica deve ser bem magnetizadoem um campo magnético externo e remagnetizam rapidamente ao mudar de direção. Para a maioria das redes industriais e residenciais, isso acontece 50 vezes por segundo. O principal requisito neste processo é justamente a facilidade de reversão da magnetização, que garantirá um consumo mínimo de energia durante a operação do produto acabado.
O ferro como material é cristalinouma estrutura na qual os átomos estão localizados no topo das arestas e no centro dos cubos. Quase como em Lego. Acontece que os campos magnéticos individuais de cada átomo somam um campo comum - devido a isso, partes feitas de ferro podem remagnetizar, ser atraídas por ímãs ou atuar em seu próprio papel.
“O ferro é um material único que pode criar seu próprio campo magnético”
Aço exclusivo para transformadores
O aço do transformador é uma das subespéciesaços elétricos. Possui uma estrutura especial, onde a rede cristalina de cada seção do aço é igualmente orientada no espaço, devido à qual é possível obter perdas mínimas de energia durante a operação do aparelho elétrico.
E agora em palavras simples.Grandes volumes de aço são heterogêneos - consistem em pequenos "grãos" de metal nos quais os átomos formam uma rede cristalina cúbica. Ao mesmo tempo, no aço comum, diferentes "grãos" podem ser orientados de maneira diferente entre si - seus campos magnéticos, respectivamente, também têm direções diferentes.
Em aço para transformadores, metalúrgicos têm sucessopara obter um desvio entre as redes de diferentes "grãos" de apenas alguns graus. Como resultado dessa orientação, obtém-se um material que tende em estrutura a um único cristal, como se absolutamente todos os átomos do material estivessem incluídos em uma única rede, e não “grãos” individuais. Tal estrutura do metal do ponto de vista da teoria clássica do ferromagnetismo é a mais vantajosa energeticamente, pois o campo magnético passa por todos os "grãos" em uma direção e proporciona uma reversão rápida da magnetização do núcleo da unidade elétrica com mínima perda de potência.
Ciclo de produção tecnológicaO aço para transformadores é o mais complexo de toda a metalurgia ferrosa. O aço é fundido com uma determinada composição química: por exemplo, adiciona-se silício, devido ao qual a resistência elétrica aumenta e as correntes superficiais não perturbam o campo magnético. Em seguida vem a laminação a quente, decapagem, laminação a frio, recozimento de descarbonetação, uma segunda laminação a frio, aplicação de um revestimento protetor, recozimento em alta temperatura, aplicação de um revestimento isolante elétrico e, em alguns casos, tratamento de superfície a laser.
Em cada estágio tecnológico, as decisões são tomadasvárias tarefas, começando com a obtenção da geometria de tira necessária e terminando com a formação de juntas nas camadas superficiais do metal ou em toda a seção da tira.
Aço nanoestruturado que parece borracha
Nanoestruturado é chamado de estruturalaço, no qual a composição química é selecionada - são adicionados manganês, carbono, cromo - e os parâmetros de processamento formam uma estrutura única. Proporciona alta resistência e ductilidade.
Anteriormente, para obter tal material, eles fundiamaço com uma estrutura instável, devido à qual, durante a deformação, várias fases do metal passaram de uma para outra, alterando suas propriedades. Em outras palavras, o aço tornou-se mais forte sob estresse mecânico.
E o aço nanoestruturado é um material, emem que cada "grão" tem um gêmeo orientado na direção oposta. Acontece que um material que não colapsa durante a deformação, mas se estica - em termos de propriedades, é mais parecido com borracha. O aço nanoestruturado pode alongar até 50% do seu comprimento original sem quebrar e ainda suportar cargas de 10 toneladas por centímetro quadrado. Para comparação, o aço comum é 2,5 vezes menos forte e só pode alongar em 20-25%.
Este material, apesar do fato de que até agora suaproduzido apenas em modo de teste e em pequenos volumes, tem grandes perspectivas na indústria automotiva e na engenharia mecânica: o aço nanoestruturado pode ser usado para obter peças resistentes de formato complexo. Mas enquanto a produção não é produzida em massa devido à complexidade e alto custo, por causa disso, o preço de cada folha é muito alto. Se a necessidade do material aumentar, a produção tomará uma escala completamente diferente, e então o preço de cada chapa ficará aceitável - quem sabe, talvez em um futuro próximo todas as máquinas sejam feitas desse aço.
Металлургия за последние несколько десятилетий deu um passo poderoso: materiais que eram considerados ficção científica há meio século agora podem ser obtidos em escala industrial. Muitos deles ainda não são muito difundidos, mas não se sabe como o mercado vai se comportar: talvez muito em breve veremos novos tipos de aço em smartphones, geladeiras e fornos de micro-ondas.
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