Stål som "läker" sig själv
I science fiction-filmer läker skador på robotar av sig själva.
Självläkande beläggningar är speciellafärger. I grunden mikrokapslar med ett speciellt polymermaterial. Med någon mekanisk påverkan, till exempel en repa, förstörs kapslarna och material frigörs från dem, som täcker det skadade området, och ett polymerskikt bildas på ytan. Det "läker" skadan genom att reagera med kanterna på den oskadade beläggningen och få den att läka repan, samt isolera området från luft, vilket förhindrar korrosion av metallen.
Svårigheten med att tillverka stål med en sådan beläggning ligger både i skapandet av färg med mikrokapslar och i dess applicering.
Färg är en kolloidal lösning av polymerermodifieringsmedel och mikrokapslar flera mikrometer stora. Modifieringsmedel, det vill säga bindemedel, behövs för att säkerställa att polymererna är inuti mikrokapslarna i flytande tillstånd. Sammansättningen av själva blandningen är klassificerad, och endast ett fåtal företag runt om i världen är engagerade i dess produktion - tekniken är ny och är fortfarande i pilotstadiet.
"Självläkande beläggningar är specialfärger"
Kompositionen i flytande tillstånd appliceras på stål, ochsedan avlägsnas bindemedlen med hjälp av en torkugn, vilket lämnar ett kontinuerligt polymerskikt med mikrokapslar. Det är viktigt att beläggningen är jämnt fördelad och att själva kapslarna inte skadas, annars kommer stålets egenskaper att skilja sig åt i olika områden.
Om marknaden uppskattar materialets egenskaper, dess produktion blir större och enhetspriset på produkten faller, kan det förutsägas att sådant stål kommer att bli utbrett.
Bakteriedödare stål
Stål med antibakteriell beläggning används imedicin. Det används för att göra instrument av läkare, delar av sjukhusbyggnader som räcken eller paneler på väggar, där skadliga mikroorganismer vanligtvis samlas. Dessutom, under pandemin, började många tillverkare av utrustning, särskilt smartphones och bärbara datorer, göra prylfodral av den.
Det finns flera varianter på hur stålförvärvar antibakteriella egenskaper. Oftare appliceras en polymerbeläggning på materialets yta, som inkluderar silver- och kopparjoner. Dessa metaller är mycket effektiva i kampen mot mikrober: vid kontakt förstör de deras skal och dödar 99% av mikroorganismerna.
Men det finns andra utvecklingar.Till exempel, om stål nedsänks i en elektrolytlösning och en spänning appliceras på ett speciellt sätt, bildas nanostrukturer på ytan: mikroskopiska gropar, spikar och nålar. De, liksom metalljoner, skadar bakteriers membran och dödar dem. Samtidigt skiljer sig den tekniska processen under vilken sådant stål produceras inte från de som redan används vid bearbetning av materialet - på ett liknande sätt poleras metallen eller får korrosionsskyddande egenskaper.
Båda metoderna är säkra för djur- och växtceller: deras storlek överstiger avsevärt storleken på mikrober, en person har inget att frukta.
Lovande användningsområden för stål med antibakteriella beläggningar idag är tillverkning av ventilations- och beklädnadspaneler – till exempel inredning inom transport och lokaler.
"Metallurger letar efter sätt att skapa både starkt och lätt stål för att göra lätta delar"
Heavy Duty Steel - För tunga maskiner
Metallurger letar efter sätt att skapa samtidigtstarkt och lätt stål för att göra lätta delar. Vid tillverkning av bilar kommer detta att öka deras hastighet och förarsäkerhet. Och vid tillverkning av specialutrustning kommer hållbara och lätta skrov att minska bränsleförbrukningen.
För att uppnå de önskade parametrarna bildar metallurger en metallstruktur med en kombination av olika faser, av vilka några ger en ökning i styrka, medan andra är ansvariga för att upprätthålla duktiliteten.
Totalt särskiljs flera faser av stål inom metallurgi:ferrit, följt av perlit, sorbit, troostit, bainiter och martensit. Ferrit kännetecknas av låg hållfasthet, samtidigt som det är formbart och lätt sträckt. Ju längre från ferriten är fasen, desto högre är dess styrka och desto lägre formbarhet.
Om du lägger till en ferritmatris av plastvarvat med starkare faser (till exempel martensit) får du en "paj" som blir både plastisk och stark - på grund av egenskaperna hos var och en av faserna. Samtidigt är det svårare att få fram stål som består av en kombination av olika faser om de ligger långt från varandra.
Ferrit-perlitiskt stål lärde sig att få för länge sedan,idag är det en av metallurgins standarduppgifter. Ferrit-troostit och ferrit-bainitiskt stål är mycket svårare att få tag på, men stora metallurgiska företag har bemästrat det. Men en stark ferrit-martensit är redan resultatet av en komplex teknisk process som kräver specialutrustning och en viss nivå av teknisk utveckling.
Stål "hjärtan" av elektriska apparater
Ett av användningsområdena för stål är somelektromagnetiskt material - tillverkning av kärnor för transformatorer, generatorer och elmotorer. Järn är ett unikt material som kan skapa sitt eget magnetfält. Detta beror på dess atomära struktur.
Järnatomen har fyra öppna strukturer i sin struktur.3d-skal och istället för tio elektroner finns det bara sex. När det gäller vissa grundämnen (utöver järn är dessa t.ex. nickel och kobolt) blir det energetiskt gynnsammare att fylla två elektroner i 4s-skalet, som är längst bort från kärnan än att fylla i 3d-skalet. Detta lämnar några elektroner kvar vars omlopps- och spinnmagnetiska moment inte kompenseras, de roterar i omloppsbana runt kärnan och skapar sitt eget magnetfält.
Vissa metaller (guld, aluminium) har elektronerpå skalen kompenserar varandra, på grund av vilket materialen inte skapar ett magnetfält. Det finns många andra metaller med ofärdiga d-skal som kan magnetiseras, men endast järn, nickel och kobolt uppvisar dessa egenskaper vid rumstemperatur, inte bara kylda.
Stål i elektronik måste vara väl magnetiserati ett externt magnetfält och ommagnetisera snabbt när du ändrar dess riktning. För de flesta industri- och bostadsnätverk händer detta 50 gånger per sekund. Huvudkravet i denna process är just den lätta magnetiseringsomkastningen, vilket kommer att säkerställa minimal energiförbrukning under driften av den färdiga produkten.
Järn som material är kristallinten struktur där atomerna är placerade längst upp på kanterna och i mitten av kuberna. Nästan som i Lego. Det visar sig att de individuella magnetfälten för varje atom summerar till ett gemensamt fält - på grund av det kan delar gjorda av järn ommagnetisera, attraheras av magneter eller själva agera i sin roll.
"Järn är ett unikt material som kan skapa sitt eget magnetfält"
Unikt stål för transformatorer
Transformatorstål är en av underarternaelektriska stål. Den har en speciell struktur, där kristallgittret för varje sektion av stålet är lika orienterat i rymden, på grund av vilket det är möjligt att uppnå minimala energiförluster under driften av den elektriska apparaten.
Och nu med enkla ord.Stora volymer stål är heterogena - de består av små "korn" av metall där atomer bildar ett kubiskt kristallgitter. Samtidigt, i vanligt stål, kan olika "korn" orienteras olika i förhållande till varandra - deras respektive magnetiska fält har också olika riktningar.
Inom transformatorstål lyckas metallurgerför att uppnå en avvikelse mellan gittren för olika "korn" på bara ett par grader. Som ett resultat av denna orientering erhålls ett material som i struktur tenderar till en enda kristall, som om absolut alla atomer i materialet ingick i ett enda gitter, och inte enskilda "korn". En sådan struktur av metallen från den klassiska teorin om ferromagnetism är den mest energimässigt fördelaktiga, eftersom magnetfältet passerar genom alla "korn" i en riktning och ger en snabb magnetiseringsomkastning av kärnan i den elektriska enheten med minimal strömförlust.
Teknisk produktionscykelTransformatorstål är det mest komplexa inom hela järnmetallurgin. Stål smälts med hjälp av en viss kemisk sammansättning: till exempel läggs kisel till det, på grund av vilket det elektriska motståndet ökar och ytströmmar inte stör magnetfältet. Nästa - varmvalsning, betning, kallvalsning, avkolningsglödgning, andra kallvalsning, applicering av en skyddande beläggning, högtemperaturglödgning, applicering av en elektrisk isolerande beläggning och, i vissa fall, ytbehandling med laser.
I varje tekniskt skede fattas beslutflera uppgifter, som börjar med att erhålla den erforderliga remsgeometrin och slutar med bildandet av fogar i metallens ytskikt eller över hela sektionen av remsan.
Nanostrukturerat stål som ser ut som gummi
Nanostrukturerad kallas strukturellstål, i vilket den kemiska sammansättningen väljs - mangan, kol, krom tillsätts - och bearbetningsparametrarna bildar en unik struktur. Det ger hög hållfasthet och duktilitet.
Tidigare, för att få ett sådant material, smälte destål med en instabil struktur, på grund av vilken, under deformation, passerade olika faser av metallen från en till en annan och ändrade deras egenskaper. Med andra ord blev stålet starkare under mekanisk påfrestning.
Och nanostrukturerat stål är ett material, idär varje "korn" har en tvilling orienterad i motsatt riktning. Det visar sig ett material som inte kollapsar under deformation, utan sträcker sig - när det gäller egenskaper är det mer som gummi. Nanostrukturerat stål kan töjas upp till 50 % av sin ursprungliga längd utan att gå sönder och tål fortfarande belastningar på 10 ton per kvadratcentimeter. Som jämförelse är vanligt stål 2,5 gånger mindre starkt och kan bara förlängas med 20-25%.
Detta material, trots att hittills dessproduceras endast i testläge och i små volymer, har stora möjligheter inom bilindustrin och maskinteknik: nanostrukturerat stål kan användas för att erhålla starka delar av komplex form. Men medan produktionen inte massproduceras på grund av komplexitet och höga kostnader, på grund av detta är priset på varje ark för högt. Om behovet av materialet växer kommer produktionen att få en helt annan skala, och då blir priset på varje plåt acceptabelt - vem vet, kanske inom en snar framtid kommer alla maskiner att tillverkas av sådant stål.
Metallurgi under de senaste decenniernahar tagit ett kraftfullt steg framåt: material som ansågs vara science fiction för ett halvt sekel sedan kan nu erhållas i industriell skala. Många av dem är ännu inte utbredda, men det är inte känt hur marknaden kommer att bete sig: kanske mycket snart kommer vi att se nya typer av stål i smartphones, kylskåp och mikrovågsugnar.
Läs mer:
Det visade sig vad som händer med den mänskliga hjärnan efter en timme i skogen
Det blev känt vilket te som förstör protein i hjärnan
Konstiga havsdjur i havets djup visade sig likna människor