Oțel care se „vindecă” singur
În filmele științifico-fantastice, daunele aduse roboților se vindecă de la sine.
Straturile de auto-vindecare sunt specialevopsele. La baza lor microcapsule cu un material polimer special. La orice impact mecanic, de exemplu, o zgârietură, capsulele sunt distruse și materialul este eliberat din ele, care acoperă zona rănită, iar la suprafață se formează un strat de polimer. „vindecă” daunele reacționând cu marginile stratului nedeteriorat și determinând vindecarea zgârieturilor, precum și izolând zona de aer, prevenind coroziunea metalului.
Dificultatea de a produce oțel cu o astfel de acoperire constă atât în crearea vopselei cu microcapsule, cât și în aplicarea acesteia.
Краска — это коллоидный раствор полимеров, modificatori și microcapsule de câțiva micrometri în dimensiune. Modificatorii, adică lianții, sunt necesari pentru a se asigura că polimerii sunt în interiorul microcapsulelor în stare lichidă. Compoziția amestecului în sine este clasificată și doar câteva companii din întreaga lume sunt angajate în producția sa - tehnologia este nouă și este încă în stadiu pilot.
„Acoperirile cu auto-vindecare sunt vopsele speciale”
Compoziția în stare lichidă se aplică pe oțel șiapoi lianții sunt îndepărtați cu ajutorul unui cuptor de uscare, lăsând un strat continuu de polimer cu microcapsule. Este important ca acoperirea să fie distribuită uniform și ca capsulele în sine să nu fie deteriorate, altfel proprietățile oțelului vor diferi în diferite zone.
Dacă piața apreciază proprietățile materialului, producția acestuia devine mai mare și prețul unitar al produsului scade, atunci se poate prevedea că un astfel de oțel va deveni larg răspândit.
Oțel ucigaș de bacterii
Se utilizează oțel cu acoperire antibacterianămedicament. Este folosit pentru a face instrumente ale medicilor, elemente ale clădirilor spitalelor cum ar fi balustrade sau panouri pe pereți, unde de obicei se acumulează microorganisme dăunătoare. Mai mult, în timpul pandemiei, mulți producători de echipamente, în special smartphone-uri și laptop-uri, au început să facă din ele huse pentru gadgeturi.
Există mai multe variații cu privire la modul în care oțeluldobândește proprietăți antibacteriene. Mai des, pe suprafața materialului se aplică un strat de polimer, care include ioni de argint și cupru. Aceste metale sunt foarte eficiente în lupta împotriva microbilor: la contact, își distrug învelișul, ucigând 99% dintre microorganisme.
Dar există și alte evoluții.De exemplu, dacă oțelul este scufundat într-o soluție de electrolit și se aplică o tensiune într-un mod special, la suprafață se formează nanostructuri: gropi microscopice, vârfuri și ace. Ei, ca și ionii metalici, dăunează membranelor bacteriilor și le ucid. În același timp, procesul tehnologic în timpul căruia este produs un astfel de oțel nu diferă de cele deja utilizate la prelucrarea materialului - într-un mod similar, metalul este lustruit sau i se oferă proprietăți anticorozive.
Ambele abordări sunt sigure pentru celulele animale și vegetale: dimensiunea lor depășește cu mult dimensiunea microbilor, o persoană nu are de ce să se teamă.
Domeniile promițătoare de aplicare pentru oțelul cu acoperiri antibacteriene sunt astăzi fabricarea de panouri de ventilație și placare - de exemplu, decorarea interioară în transport și spații.
„Metalurgiștii caută modalități de a crea atât oțel puternic, cât și ușor pentru a face piese ușoare”
Oțel de rezistență grea - Pentru mașini de rezistență grea
Metalurgiștii caută modalități de a crea simultanoțel puternic și ușor pentru a face piese ușoare. În producția de mașini, acest lucru le va crește viteza și siguranța șoferului. Și în producția de echipamente speciale, carcasele durabile și ușoare vor reduce consumul de combustibil.
Pentru a atinge parametrii doriti, metalurgiștii formează o structură metalică cu o combinație de diverse faze, dintre care unele asigură o creștere a rezistenței, în timp ce altele sunt responsabile de menținerea ductilității.
În total, în metalurgie se disting mai multe faze ale oțelului:ferită, urmată de perlit, sorbită, troostita, bainite și martensită. Ferita se caracterizează prin rezistență scăzută, în timp ce este ductilă și ușor de întins. Cu cât faza este mai departe de ferită, cu atât rezistența acesteia este mai mare și ductilitatea este mai mică.
Dacă adăugați la o matrice de ferită din plasticintercalate cu faze mai puternice (de exemplu, martensită), veți obține o „plăcintă” care va fi atât plastică, cât și puternică - datorită proprietăților fiecăreia dintre faze. În același timp, este mai dificil să obțineți oțel format dintr-o combinație de diferite faze dacă acestea sunt situate departe una de cealaltă.
Oțelul ferit-perlitic a învățat să obțină cu mult timp în urmă,astăzi este una dintre sarcinile standard ale metalurgiei. Oțelul ferit-troostita și ferit-bainitic este mult mai greu de obținut, dar marile companii metalurgice l-au stăpânit. Dar o ferită-martensită puternică este deja rezultatul unui proces tehnologic complex care necesită echipamente speciale și un anumit nivel de dezvoltare tehnologică.
„Inimi” de oțel ale aparatelor electrice
Unul dintre domeniile de aplicare a oțelului este camaterial electromagnetic - producție de miezuri pentru transformatoare, generatoare și motoare electrice. Fierul este un material unic care este capabil să-și creeze propriul câmp magnetic. Acest lucru se datorează structurii sale atomice.
Atomul de fier are patru structuri deschise în structura sa.Înveliș 3d și în loc de zece electroni sunt doar șase. În cazul unor elemente (pe lângă fier, de exemplu, nichel și cobalt), umplerea a doi electroni în învelișul 4s, care este cel mai îndepărtat de nucleu, devine energetic mai favorabilă decât umplerea învelișului 3d. Acest lucru lasă câțiva electroni ale căror momente magnetice orbitale și de spin nu sunt compensate; ei se rotesc pe orbită în jurul nucleului și își creează propriul câmp magnetic.
Unele metale (aur, aluminiu) au electronipe cochilii se compensează reciproc, datorită cărora materialele nu creează un câmp magnetic. Există multe alte metale cu cochilii D nefinisate care pot fi magnetizate, dar numai fierul, nichelul și cobaltul prezintă aceste proprietăți la temperatura camerei, nu doar răcite.
Oțelul din electronică trebuie să fie bine magnetizatîntr-un câmp magnetic extern și se remagnetizează rapid la schimbarea direcției. Pentru majoritatea rețelelor industriale și rezidențiale, acest lucru se întâmplă de 50 de ori pe secundă. Principala cerință în acest proces este tocmai ușurința inversării magnetizării, care va asigura un consum minim de energie în timpul funcționării produsului finit.
Fierul ca material este un cristalino structură în care atomii sunt situați în vârful marginilor și în centrul cuburilor. Aproape ca în Lego. Se dovedește că câmpurile magnetice individuale ale fiecărui atom se adună la un câmp comun - datorită acestuia, părțile din fier se pot remagnetiza, pot fi atrase de magneți sau acționează ele însele în rolul lor.
„Fierul este un material unic care își poate crea propriul câmp magnetic”
Oțel unic pentru transformatoare
Oțelul pentru transformatoare este una dintre subspeciioteluri electrice. Are o structură specială, în care rețeaua cristalină a fiecărei secțiuni a oțelului este orientată în mod egal în spațiu, datorită căreia este posibil să se realizeze pierderi minime de energie în timpul funcționării aparatului electric.
Și acum în cuvinte simple.Volumele mari de oțel sunt eterogene - constau din mici „granule” de metal în care atomii formează o rețea cristalină cubică. În același timp, în oțelul obișnuit, diferitele „granule” pot fi orientate diferit unul față de celălalt - câmpurile lor magnetice, respectiv, au, de asemenea, direcții diferite.
În oțelul pentru transformatoare, metalurgiștii reușescpentru a realiza o abatere între rețelele diferitelor „granule” de doar câteva grade. Ca urmare a acestei orientări, se obține un material care tinde ca structură către un singur cristal, ca și cum absolut toți atomii materialului ar fi incluși într-o singură rețea, și nu „granule” individuale. O astfel de structură a metalului din punctul de vedere al teoriei clasice a feromagnetismului este cea mai avantajoasă din punct de vedere energetic, deoarece câmpul magnetic trece prin toate „granulele” într-o singură direcție și asigură o inversare rapidă a magnetizării miezului unității electrice. cu pierderi minime de putere.
Ciclul tehnologic de producțieOțelul de transformare este cel mai complex din întreaga metalurgie feroasă. Oțelul este topit folosind o anumită compoziție chimică: de exemplu, i se adaugă siliciu, datorită căruia rezistența electrică crește și curenții de suprafață nu perturbă câmpul magnetic. Urmează laminarea la cald, decaparea, laminarea la rece, recoacere cu decarburare, o a doua laminare la rece, aplicarea unui strat de protecție, recoacerea la temperatură înaltă, aplicarea unui strat izolator electric și, în unele cazuri, tratarea suprafeței cu laser.
La fiecare etapă tehnologică se iau deciziimai multe sarcini, începând cu obținerea geometriei benzii necesare și terminând cu formarea îmbinărilor în straturile superficiale ale metalului sau pe întreaga secțiune a benzii.
Oțel nanostructurat care arată ca cauciucul
Nanostructurat se numește structuraloțel, în care este selectată compoziția chimică - se adaugă mangan, carbon, crom - iar parametrii de prelucrare formează o structură unică. Oferă rezistență și ductilitate ridicate.
Anterior, pentru a obține un astfel de material, au topitoțel cu o structură instabilă, datorită căreia, în timpul deformării, diferite faze ale metalului au trecut de la una la alta, modificându-și proprietățile. Cu alte cuvinte, oțelul a devenit mai puternic sub presiune mecanică.
Și oțelul nanostructurat este un material, înîn care fiecare „bob” are un geamăn orientat în sens invers. Se dovedește un material care nu se prăbușește în timpul deformării, ci se întinde - în ceea ce privește proprietățile, este mai mult ca cauciucul. Oțelul nanostructurat se poate alungi până la 50% din lungimea sa inițială fără a se rupe și poate rezista în continuare la sarcini de 10 tone pe centimetru pătrat. Pentru comparație, oțelul obișnuit este de 2,5 ori mai puțin rezistent și se poate alungi doar cu 20-25%.
Acest material, în ciuda faptului că până acum esteprodus doar in regim de testare si in volume mici, are perspective mari in industria auto si in inginerie mecanica: otelul nanostructurat poate fi folosit pentru a obtine piese puternice de forma complexa. Dar, în timp ce producția nu este produsă în masă din cauza complexității și a costului ridicat, din acest motiv, prețul fiecărei foi este prea mare. Dacă nevoia de material crește, producția va lua o scară complet diferită, iar apoi prețul fiecărei foi va deveni acceptabil - cine știe, poate că în viitorul apropiat toate mașinile vor fi fabricate dintr-un astfel de oțel.
Metalurgia din ultimele deceniia făcut un pas puternic înainte: materialele care erau considerate science fiction în urmă cu jumătate de secol pot fi acum obținute la scară industrială. Multe dintre ele nu sunt încă răspândite, dar nu se știe cum se va comporta piața: poate că foarte curând vom vedea noi tipuri de oțel în smartphone-uri, frigidere și cuptoare cu microunde.
Citeste mai mult:
S-a dovedit ce se întâmplă cu creierul uman după o oră în pădure
A devenit cunoscut care ceai distruge proteinele din creier
Creaturile marine ciudate din adâncurile oceanului s-au dovedit a fi asemănătoare cu oamenii