Kendini “iyileştiren” çelik
Bilim kurgu filmlerinde robotların verdiği hasar kendi kendine iyileşir.
Kendi kendini onaran kaplamalar özeldirboyalar. Özünde özel bir polimer malzemeye sahip mikrokapsüller. Herhangi bir mekanik darbe, örneğin bir çizik ile kapsüller tahrip olur ve yaralı alanı kaplayan malzeme onlardan salınır ve yüzeyde bir polimer tabakası oluşur. Hasarsız kaplamanın kenarlarıyla reaksiyona girerek çiziklerin iyileşmesine neden olarak hasarı "iyileştirir", ayrıca alanı havadan izole ederek metalin korozyonunu önler.
Böyle bir kaplama ile çelik üretmenin zorluğu, hem mikrokapsüllerle boya oluşturulmasında hem de uygulanmasında yatmaktadır.
Boya, polimerlerin kolloidal bir çözeltisidir.birkaç mikrometre boyutunda değiştiriciler ve mikrokapsüller. Polimerlerin mikrokapsüllerin içinde sıvı halde olmasını sağlamak için düzenleyicilere yani bağlayıcılara ihtiyaç vardır. Karışımın bileşimi sınıflandırılır ve dünya çapında sadece birkaç şirket üretimine katılır - teknoloji yenidir ve hala pilot aşamasındadır.
"Kendini onaran kaplamalar özel boyalardır"
Sıvı haldeki bileşim çeliğe uygulanır vedaha sonra bağlayıcılar bir kurutma fırını kullanılarak çıkarılır ve geride mikrokapsüller içeren kesintisiz bir polimer tabakası kalır. Kaplamanın eşit olarak dağılması ve kapsüllerin zarar görmemesi önemlidir, aksi takdirde çeliğin özellikleri farklı alanlarda farklılık gösterecektir.
Piyasa malzemenin özelliklerini takdir ederse, üretimi artarsa ve ürünün birim fiyatı düşerse, bu tür çeliğin yaygınlaşacağı tahmin edilebilir.
Bakteri öldürücü çelik
Antibakteriyel kaplamalı çelik kullanılmaktadır.ilaç. Genellikle zararlı mikroorganizmaların biriktiği, doktorların aletlerini, hastane binalarının korkuluk veya duvar panelleri gibi elemanlarını yapmak için kullanılır. Ayrıca, pandemi sırasında, özellikle akıllı telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar olmak üzere birçok ekipman üreticisi bundan gadget kılıfları yapmaya başladı.
Çeliğin nasıl kullanıldığına dair çeşitli varyasyonlar vardır.antibakteriyel özellikler kazanır. Daha sık olarak, malzemenin yüzeyine gümüş ve bakır iyonları içeren bir polimer kaplama uygulanır. Bu metaller mikroplara karşı mücadelede çok etkilidir: temas halinde, mikroorganizmaların %99'unu öldürerek kabuklarını yok ederler.
Ama başka gelişmeler de var.Örneğin çelik bir elektrolit çözeltisine batırılırsa ve özel bir şekilde voltaj uygulanırsa yüzeyde nanoyapılar oluşur: mikroskobik çukurlar, sivri uçlar ve iğneler. Metal iyonları gibi bakterilerin zarlarına zarar verir ve onları öldürürler. Aynı zamanda, bu tür çeliğin üretildiği teknolojik süreç, malzemenin işlenmesinde halihazırda kullanılanlardan farklı değildir - benzer şekilde, metal cilalanır veya korozyon önleyici özellikler verilir.
Her iki yaklaşım da hayvan ve bitki hücreleri için güvenlidir: boyutları mikropların boyutunu büyük ölçüde aşıyor, bir kişinin korkacak hiçbir şeyi yok.
Günümüzde antibakteriyel kaplamalı çelik için umut verici uygulama alanları, havalandırma ve kaplama panellerinin imalatıdır - örneğin, ulaşım ve tesislerde iç dekorasyon.
"Metalürji uzmanları, hafif parçalar yapmak için hem güçlü hem de hafif çelik üretmenin yollarını arıyorlar"
Ağır Hizmet Çeliği - Ağır Hizmet Makineleri İçin
Metalurji uzmanları aynı anda yaratmanın yollarını arıyorhafif parçalar yapmak için güçlü ve hafif çelik. Otomobil üretiminde bu, hızlarını ve sürücü güvenliğini artıracaktır. Özel ekipman üretiminde ise dayanıklı ve hafif gövdeler yakıt tüketimini azaltacaktır.
İstenen parametreleri elde etmek için metalurji uzmanları, bazıları mukavemette artış sağlayan, diğerleri ise sünekliği korumaktan sorumlu olan çeşitli fazların bir kombinasyonu ile metal bir yapı oluşturur.
Toplamda, metalurjide birkaç çelik fazı ayırt edilir:ferrit, ardından perlit, sorbit, troostit, bainitler ve martensit gelir. Ferrit, düşük mukavemet ile karakterize edilirken, sünek ve kolayca gerilebilir. Faz ferritten ne kadar uzak olursa, mukavemeti o kadar yüksek ve süneklik o kadar düşük olur.
Plastik bir ferrit matrisine eklersenizdaha güçlü fazlar (örneğin martensit) serpiştirilmişse, her fazın özellikleri nedeniyle hem plastik hem de güçlü olacak bir "pasta" elde edeceksiniz. Aynı zamanda farklı fazların birleşiminden oluşan çeliğin, birbirinden uzak konumlandırılması durumunda elde edilmesi daha zordur.
Ferrit-perlitik çelik almayı uzun zaman önce öğrendi,bugün metalurjinin standart görevlerinden biridir. Ferrit-troostit ve ferrit-bainitik çeliğin elde edilmesi çok daha zordur, ancak büyük metalurji şirketleri buna hakim olmuştur. Ancak güçlü bir ferrit-martensit, özel ekipman ve belirli bir düzeyde teknoloji geliştirme gerektiren karmaşık bir teknolojik sürecin sonucudur.
Elektrikli ev aletlerinin çelik "kalpleri"
Çeliğin uygulama alanlarından biri deelektromanyetik malzeme - transformatörler, jeneratörler ve elektrik motorları için çekirdek üretimi. Demir, kendi manyetik alanını oluşturabilen eşsiz bir malzemedir. Bu atomik yapısından kaynaklanmaktadır.
Demir atomunun yapısında dört açık yapı bulunmaktadır.3 boyutlu kabuk ve on yerine sadece altı elektron var. Bazı elementler söz konusu olduğunda (demire ek olarak, örneğin nikel ve kobalt), çekirdekten en uzak olan 4s kabuğuna iki elektronun doldurulması, 3d kabuğun doldurulmasından enerji açısından daha uygun hale gelir. Bu, yörüngesel ve spin manyetik momentleri telafi edilmeyen birkaç elektron bırakır; bunlar çekirdeğin etrafındaki yörüngede dönerek kendi manyetik alanlarını yaratırlar.
Bazı metallerin (altın, alüminyum) elektronları vardır.kabuklar üzerinde, malzemelerin bir manyetik alan oluşturmaması nedeniyle birbirini telafi eder. Mıknatıslanabilen bitmemiş d-kabukları olan başka birçok metal vardır, ancak bu özellikleri yalnızca soğutulmakla kalmayıp oda sıcaklığında yalnızca demir, nikel ve kobalt sergiler.
Elektronikte çelik iyi manyetize edilmelidirharici bir manyetik alanda ve yönünü değiştirirken hızla yeniden mıknatıslanır. Çoğu endüstriyel ve konut ağı için bu, saniyede 50 kez gerçekleşir. Bu süreçteki ana gereksinim, bitmiş ürünün çalışması sırasında minimum enerji tüketimini sağlayacak olan manyetizasyonun tersine çevrilmesinin kolaylığıdır.
Malzeme olarak demir kristaldiratomların kenarların üst kısımlarında ve küplerin merkezinde yer aldığı yapı. Neredeyse Lego'daki gibi. Her atomun bireysel manyetik alanlarının ortak bir alan oluşturduğu ortaya çıktı - bu nedenle demirden yapılmış parçalar yeniden mıknatıslanabilir, mıknatıslara çekilebilir veya rollerini kendileri yapabilir.
“Demir, kendi manyetik alanını oluşturabilen eşsiz bir malzemedir”
Transformatörler için benzersiz çelik
Trafo çeliği alt türlerden biridirelektrik çelikleri. Çeliğin her bölümünün kristal kafesinin uzayda eşit olarak yönlendirildiği özel bir yapıya sahiptir, bu nedenle elektrikli cihazın çalışması sırasında minimum enerji kaybı elde etmek mümkündür.
Ve şimdi basit kelimelerle.Büyük hacimli çelikler heterojendir - atomların kübik kristal bir kafes oluşturduğu küçük metal "taneciklerinden" oluşurlar. Aynı zamanda, sıradan çelikte, farklı "taneler" birbirine göre farklı şekilde yönlendirilebilir - sırasıyla manyetik alanları da farklı yönlere sahiptir.
Transformatör çeliğinde metalürji uzmanları başarılısadece birkaç derecelik farklı "tanelerin" kafesleri arasında bir sapma elde etmek. Bu yönelimin bir sonucu olarak, sanki malzemenin tüm atomları tek tek "taneler" değil, tek bir kafese dahil edilmiş gibi, yapı olarak tek bir kristale eğilimli bir malzeme elde edilir. Klasik ferromanyetizma teorisi açısından metalin böyle bir yapısı, manyetik alan tüm "tanelerden" bir yönde geçtiğinden ve elektrik ünitesinin çekirdeğinin hızlı bir manyetizasyon tersine çevrilmesini sağladığından, enerji açısından en avantajlı olanıdır. minimum güç kaybı ile.
Teknolojik üretim döngüsüTransformatör çeliği, tüm demir metalurjisinde en karmaşık olanıdır. Çelik, belirli bir kimyasal bileşim kullanılarak eritilir: örneğin, elektriksel direncin artması ve yüzey akımlarının manyetik alanı bozmaması nedeniyle ona silikon eklenir. Daha sonra sıcak haddeleme, dekapaj, soğuk haddeleme, karbondan arındırma tavlaması, ikinci bir soğuk haddeleme, koruyucu kaplama uygulanması, yüksek sıcaklıkta tavlama, elektriksel yalıtım kaplaması uygulanması ve bazı durumlarda lazer yüzey işlemi gelir.
Her teknolojik aşamada kararlar alınır.gerekli şerit geometrisini elde etmekle başlayan ve metalin yüzey katmanlarında veya şeridin tüm bölümünde bağlantıların oluşumuyla biten çeşitli görevler.
Kauçuğa benzeyen nano yapılı çelik
Nanoyapıya yapısal denirkimyasal bileşimin seçildiği - manganez, karbon, krom eklendiği - ve işleme parametrelerinin benzersiz bir yapı oluşturduğu çelik. Yüksek mukavemet ve süneklik sağlar.
Daha önce, böyle bir malzeme elde etmek için eritildilerkararsız bir yapıya sahip çelik, çünkü deformasyon sırasında metalin çeşitli fazları birinden diğerine geçerek özelliklerini değiştirir. Başka bir deyişle, çelik mekanik stres altında daha güçlü hale geldi.
Ve nanoyapılı çelik bir malzemedir,her "tanenin" zıt yönde yönlendirilmiş bir ikizi olduğu. Deformasyon sırasında çökmeyen, ancak uzayan bir malzeme ortaya çıkıyor - özellikler açısından daha çok kauçuğa benziyor. Nano yapılı çelik, kırılmadan orijinal uzunluğunun %50'sine kadar uzayabilir ve yine de santimetre kare başına 10 tonluk yüklere dayanabilir. Karşılaştırma için, sıradan çelik 2,5 kat daha az güçlüdür ve sadece %20-25 uzayabilir.
Bu malzeme, şimdiye kadarsadece test modunda ve küçük hacimlerde üretilen, otomotiv endüstrisinde ve makine mühendisliğinde büyük umutları var: nanoyapılı çelik, karmaşık şekilli güçlü parçalar elde etmek için kullanılabilir. Ancak karmaşıklık ve yüksek maliyet nedeniyle üretim seri üretilmese de, bu nedenle her bir levhanın fiyatı çok yüksektir. Malzemeye olan ihtiyaç artarsa, üretim tamamen farklı bir ölçekte olacak ve o zaman her bir levhanın fiyatı kabul edilebilir hale gelecek - kim bilir, belki de yakın gelecekte tüm makineler bu çelikten yapılacak.
Son birkaç on yılda metalurjiileriye doğru güçlü bir adım attı: yarım yüzyıl önce bilim kurgu olarak kabul edilen materyaller artık endüstriyel ölçekte elde edilebiliyor. Birçoğu henüz yaygın değil, ancak pazarın nasıl hareket edeceği bilinmiyor: belki çok yakında akıllı telefonlarda, buzdolaplarında ve mikrodalga fırınlarda yeni çelik türleri göreceğiz.
Daha fazla oku:
Ormanda geçirilen bir saatin ardından insan beynine ne olduğu ortaya çıktı.
Hangi çayın beyindeki proteini yok ettiği ortaya çıktı
Okyanusun derinliklerindeki tuhaf deniz canlılarının insanlara benzediği ortaya çıktı