Oceľ, ktorá sa „lieči“ sama
V sci-fi filmoch sa poškodenie robotov lieči samo.
Špeciálne sú samoliečivé náteryfarby. V ich jadre mikrokapsule so špeciálnym polymérnym materiálom. Pri akomkoľvek mechanickom náraze, napríklad poškriabaní, sa kapsuly zničia a uvoľní sa z nich materiál, ktorý prekryje poranenú oblasť a na povrchu sa vytvorí polymérna vrstva. Poškodenie „lieči“ tým, že reaguje s okrajmi nepoškodeného povlaku a spôsobí jeho zacelenie škrabancov, ako aj izoluje oblasť od vzduchu, čím zabraňuje korózii kovu.
Ťažkosti pri výrobe ocele s takýmto povlakom spočívajú tak vo vytváraní farby s mikrokapsulami, ako aj v jej aplikácii.
Farba je koloidný roztok polymérovmodifikátory a mikrokapsuly s veľkosťou niekoľkých mikrometrov. Modifikátory, to znamená spojivá, sú potrebné, aby sa zabezpečilo, že polyméry budú vnútri mikrokapsúl v tekutom stave. Zloženie samotnej zmesi je klasifikované a jej výrobou sa zaoberá len niekoľko spoločností na celom svete – technológia je nová a zatiaľ je v pilotnom štádiu.
"Samoliečivé nátery sú špeciálne farby"
Kompozícia v kvapalnom stave sa aplikuje na oceľ apotom sa spojivá odstránia pomocou sušiacej pece, pričom zostane súvislá polymérna vrstva s mikrokapsulami. Je dôležité, aby bol povlak rovnomerne rozložený a samotné kapsuly neboli poškodené, inak sa vlastnosti ocele budú v rôznych oblastiach líšiť.
Ak trh ocení vlastnosti materiálu, jeho produkcia sa zväčší a jednotková cena produktu klesne, potom možno predpovedať, že sa takáto oceľ rozšíri.
Oceľ na ničenie baktérií
Používa sa oceľ s antibakteriálnym povlakomliek. Používa sa na výrobu lekárskych nástrojov, prvkov nemocničných budov, ako sú zábradlia alebo panely na stenách, kde sa zvyčajne hromadia škodlivé mikroorganizmy. Navyše, počas pandémie z nej mnohí výrobcovia zariadení, najmä smartfónov a notebookov, začali vyrábať obaly na gadgety.
Existuje niekoľko variácií, ako oceľzískava antibakteriálne vlastnosti. Častejšie sa na povrch materiálu nanáša polymérny povlak, ktorý obsahuje ióny striebra a medi. Tieto kovy sú veľmi účinné v boji proti mikróbom: pri kontakte zničia ich škrupiny a zabijú 99% mikroorganizmov.
Existuje však aj ďalší vývoj.Napríklad, ak je oceľ ponorená do roztoku elektrolytu a špeciálne priložené napätie, na povrchu sa vytvoria nanoštruktúry: mikroskopické jamky, hroty a ihly. Rovnako ako kovové ióny poškodzujú membrány baktérií a zabíjajú ich. Technologický proces, počas ktorého sa takáto oceľ vyrába, sa zároveň nelíši od tých, ktoré sa už používajú pri spracovaní materiálu - podobným spôsobom sa kov leští alebo dodáva antikorózne vlastnosti.
Oba prístupy sú bezpečné pre živočíšne a rastlinné bunky: ich veľkosť výrazne presahuje veľkosť mikróbov, človek sa nemá čoho báť.
Sľubnými oblasťami použitia ocele s antibakteriálnymi povlakmi je dnes výroba ventilačných a obkladových panelov - napríklad dekorácia interiéru v doprave a priestoroch.
"Metalurgovia hľadajú spôsoby, ako vytvoriť pevnú aj ľahkú oceľ na výrobu ľahkých dielov"
Heavy Duty Steel – Pre stroje Heavy Duty
Hutníci hľadajú spôsoby, ako tvoriť súčasnesilná a ľahká oceľ na výrobu ľahkých dielov. Pri výrobe áut sa tak zvýši ich rýchlosť a bezpečnosť vodiča. A pri výrobe špeciálneho vybavenia trvanlivé a ľahké trupy znížia spotrebu paliva.
Na dosiahnutie požadovaných parametrov vytvárajú metalurgovia kovovú štruktúru s kombináciou rôznych fáz, z ktorých niektoré poskytujú zvýšenie pevnosti, zatiaľ čo iné sú zodpovedné za udržanie ťažnosti.
Celkovo sa v metalurgii rozlišuje niekoľko fáz ocele:ferit, po ňom perlit, sorbit, troostit, bainity a martenzit. Ferit sa vyznačuje nízkou pevnosťou, pričom je tvárny a ľahko sa rozťahuje. Čím ďalej od feritu je fáza, tým vyššia je jej pevnosť a tým nižšia je ťažnosť.
Ak pridáte do plastovej feritovej matricepoprekladané silnejšími fázami (napríklad martenzit), získate „koláč“, ktorý bude plastický a pevný – vďaka vlastnostiam každej z fáz. Zároveň je ťažšie získať oceľ pozostávajúcu z kombinácie rôznych fáz, ak sú umiestnené ďaleko od seba.
Feritovo-perlitická oceľ sa naučila získať už dávno,dnes je to jedna zo štandardných úloh hutníctva. Ferit-troostit a ferit-bainitická oceľ je oveľa ťažšie získať, ale veľké hutnícke spoločnosti to zvládli. Ale silný ferit-martenzit je už výsledkom zložitého technologického procesu, ktorý si vyžaduje špeciálne vybavenie a určitú úroveň technologického rozvoja.
Oceľové „srdce“ elektrospotrebičov
Jednou z oblastí použitia ocele je aselektromagnetický materiál - výroba jadier pre transformátory, generátory a elektromotory. Železo je jedinečný materiál, ktorý je schopný vytvárať vlastné magnetické pole. Je to spôsobené jeho atómovou štruktúrou.
Atóm železa má vo svojej štruktúre štyri otvorené štruktúry.3d shell a namiesto desiatich elektrónov je ich len šesť. V prípade niektorých prvkov (okrem železa sú to napr. nikel a kobalt) sa naplnenie dvoch elektrónov do 4s obalu, ktorý je od jadra najďalej, stáva energeticky priaznivejším ako vypĺňanie do 3d obalu. Zostáva tak niekoľko elektrónov, ktorých orbitálne a spinové magnetické momenty nie sú kompenzované, rotujú na obežnej dráhe okolo jadra a vytvárajú svoje vlastné magnetické pole.
Niektoré kovy (zlato, hliník) majú elektrónyna škrupinách sa navzájom kompenzujú, vďaka čomu materiály nevytvárajú magnetické pole. Existuje mnoho iných kovov s nedokončenými d-škrupinami, ktoré sa dajú magnetizovať, ale iba železo, nikel a kobalt vykazujú tieto vlastnosti pri izbovej teplote, nielen ochladzované.
Oceľ v elektronike musí byť dobre zmagnetizovanávo vonkajšom magnetickom poli a pri zmene jeho smeru rýchlo remagnetizuje. Vo väčšine priemyselných a obytných sietí sa to deje 50-krát za sekundu. Hlavnou požiadavkou v tomto procese je práve jednoduchosť reverzácie magnetizácie, ktorá zabezpečí minimálnu spotrebu energie pri prevádzke hotového výrobku.
Železo ako materiál je kryštalickýštruktúra, v ktorej sú atómy umiestnené na vrcholoch hrán a v strede kociek. Skoro ako v Legu. Ukazuje sa, že jednotlivé magnetické polia každého atómu sa sčítajú do spoločného poľa – vďaka nemu sa časti vyrobené zo železa môžu remagnetizovať, priťahovať sa k magnetom alebo samy pôsobiť vo svojej úlohe.
„Železo je jedinečný materiál, ktorý dokáže vytvoriť svoje vlastné magnetické pole“
Jedinečná oceľ pre transformátory
Transformátorová oceľ je jedným z poddruhovelektrotechnické ocele. Má špeciálnu štruktúru, kde je kryštálová mriežka každej sekcie ocele rovnako orientovaná v priestore, vďaka čomu je možné dosiahnuť minimálne straty energie pri prevádzke elektrického spotrebiča.
A teraz jednoduchými slovami.Veľké objemy ocele sú heterogénne – pozostávajú z malých „zŕn“ kovu, v ktorých atómy tvoria kubickú kryštálovú mriežku. Zároveň v bežnej oceli môžu byť rôzne "zrná" navzájom orientované rôzne - ich magnetické polia majú tiež rôzne smery.
V transformátorovej oceli sa to metalurgom daríaby sa dosiahla odchýlka medzi mriežkami rôznych "zŕn" len o niekoľko stupňov. V dôsledku tejto orientácie sa získa materiál, ktorý má v štruktúre tendenciu k jedinému kryštálu, ako keby v jednej mriežke boli zahrnuté absolútne všetky atómy materiálu a nie jednotlivé „zrná“. Takáto štruktúra kovu je z hľadiska klasickej teórie feromagnetizmu energeticky najvýhodnejšia, pretože magnetické pole prechádza všetkými "zrnami" v jednom smere a poskytuje rýchle obrátenie magnetizácie jadra elektrickej jednotky. s minimálnou stratou výkonu.
Technologický výrobný cyklusTransformátorová oceľ je najzložitejšia v celej železnej metalurgii. Oceľ sa taví pomocou určitého chemického zloženia: napríklad sa do nej pridáva kremík, vďaka čomu sa zvyšuje elektrický odpor a povrchové prúdy nerušia magnetické pole. Nasleduje valcovanie za tepla, morenie, valcovanie za studena, oduhličovacie žíhanie, druhé valcovanie za studena, nanášanie ochranného náteru, žíhanie pri vysokej teplote, nanášanie elektrického izolačného náteru a v niektorých prípadoch aj povrchová úprava laserom.
V každej technologickej fáze sa prijímajú rozhodnutianiekoľko úloh, počnúc získaním požadovanej geometrie pásu a končiac vytvorením spojov v povrchových vrstvách kovu alebo po celom úseku pásu.
Nanoštruktúrovaná oceľ, ktorá vyzerá ako guma
Nanoštruktúrované sa nazývajú štrukturálneoceľ, v ktorej je zvolené chemické zloženie – pridáva sa mangán, uhlík, chróm – a parametre spracovania tvoria jedinečnú štruktúru. Poskytuje vysokú pevnosť a ťažnosť.
Predtým, aby získali takýto materiál, tavilioceľ s nestabilnou štruktúrou, v dôsledku ktorej počas deformácie prechádzali rôzne fázy kovu z jednej do druhej, čím sa menili ich vlastnosti. Inými slovami, oceľ sa pri mechanickom namáhaní stala pevnejšou.
A nanoštruktúrovaná oceľ je materiál, vv ktorej má každé „zrnko“ dvojča orientované v opačnom smere. Ukazuje sa materiál, ktorý sa pri deformácii nezrúti, ale natiahne - z hľadiska vlastností je to skôr guma. Nanoštruktúrovaná oceľ sa dokáže pretiahnuť až o 50 % svojej pôvodnej dĺžky bez toho, aby sa zlomila, a napriek tomu vydrží zaťaženie 10 ton na štvorcový centimeter. Pre porovnanie, bežná oceľ je 2,5-krát menej pevná a môže sa predĺžiť len o 20-25%.
Tento materiál, napriek tomu, že doteraz jehovyrábaný iba v testovacom režime a v malých objemoch, má veľkú perspektívu v automobilovom priemysle a strojárstve: nanoštruktúrovaná oceľ môže byť použitá na získanie pevných častí zložitého tvaru. Ale zatiaľ čo výroba nie je sériovo vyrábaná kvôli zložitosti a vysokým nákladom, z tohto dôvodu je cena každého listu príliš vysoká. Ak potreba materiálu narastie, výroba nadobudne úplne iný rozsah a potom sa cena každého plechu stane prijateľnou - ktovie, možno v blízkej budúcnosti budú všetky stroje vyrobené z takejto ocele.
Hutníctvo v posledných desaťročiachurobila silný krok vpred: materiály, ktoré boli pred polstoročím považované za sci-fi, sa teraz dajú získať v priemyselnom meradle. Mnohé z nich ešte nie sú rozšírené, no nie je známe, ako sa zachová trh: možno už čoskoro uvidíme nové druhy ocele v smartfónoch, chladničkách a mikrovlnných rúrach.
Čítaj viac:
Ukázalo sa, čo sa stane s ľudským mozgom po jednej hodine v lese
Zistilo sa, ktorý čaj ničí bielkoviny v mozgu
Podivné morské tvory v hlbinách oceánu sa ukázali byť podobné ľuďom