ZAP // Dall-E-2
Yeni araştırmalar, manyetik alanların karbonun hareketi üzerindeki etkisini keşfetti; bu da çeliğin daha verimli ve ucuza üretilmesine olanak sağlayabilir. Yaklaşım diğer malzemelere de uygulanabilir.
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, durumu açıklayan ilk ayrıntılı fiziksel mekanizmayı belirlediler. manyetik alanlar nasıl yavaşlar Demir içindeki karbon atomlarının hareketi.
Keşif, yayınlandı Physical Review Letters dergisinde yer alan bu makale, onlarca yıldır gözlemlenen ancak hiçbir zaman tam olarak anlaşılamayan bir olguya ışık tutuyor. daha verimli çelik üretimi enerji açısından.
Demir ve karbon alaşımı olan çelik, dünyada en çok kullanılan inşaat malzemelerinden biridir. Gücü ve dayanıklılığı büyük ölçüde, genellikle ısıl işlem gerektiren iç tanecik yapısına bağlıdır. aşırı yüksek sıcaklıklar ve büyük miktarda enerji tüketir. Bilim adamları yıllardır ısıl işlem sırasında manyetik alan uygulamasının çeliğin performansını artırabileceğini biliyorlardı, ancak bunun nedeni belirsizliğini koruyordu.
Araştırmanın kıdemli yazarı ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Ivan Racheff Dallas Trinkle, “Önceki açıklamalar en iyi ihtimalle fenomenolojikti” dedi. “Onlar hakkında öngörücü hiçbir şey yoktubu da yeni malzemelerin geliştirilmesinde yararlılığını sınırlıyor.”
Gözleme dayalı teorilerin ötesine geçmek için yazarlar şunları önerdi: ölçülebilir bir açıklama belirleyinfiziğe dayalı. Ekip, ABD Enerji Bakanlığı’nın desteğiyle, manyetik alanlara maruz kaldığında karbon atomlarının atom ölçeğinde demir boyunca nasıl yayıldığı üzerine odaklandı. Bilim Teknolojisi Günlük.
Çelikte karbon atomları minik oktahedral “kafeslerin” içinde çevreleyen demir atomları tarafından oluşturulur. Araştırmacılar, farklı manyetik ve sıcaklık koşulları altında karbonun bu kafesler arasında nasıl hareket ettiğini modellemek için gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullandılar. Bilim adamları ayrıca, demir atomlarının manyetik “dönüşlerinin” davranışını simüle etmelerine olanak tanıyan, spin-uzay ortalaması olarak bilinen bir teknik de kullandılar.
Demir atomları ferromanyetik olabilir ve hizalanmış dönüşlere veya dönüşlerin daha rastgele bir şekilde yönlendirildiği paramanyetik olabilir. Simülasyonlar, manyetik düzen arttığında ve dönüşler hizalandığında, karbon difüzyonuna yönelik enerji bariyerinin de arttığını ortaya çıkardı. Pratikte bir daha güçlü manyetik hizalama Karbon atomlarının hareketini engeller.
Trinkle, “Döndürmeler daha rastgele olduğunda kafes daha izotropik hale gelir ve açılır” diye açıkladı. “Bu, karbona daha fazla hareket alanı sağlıyor. Manyetik düzen ise tam tersini yapıyor.”
Bu keşif, manyetik alanların karbonun demire difüzyonunu nasıl etkilediğine dair ilk niceliksel açıklamayı sağlıyor. etkisinin olduğunu vurgulamak önemlidir. Curie sıcaklığına yakın en güçlüdemirin manyetik durumlar arasında geçiş yaptığı ve özellikle dış manyetik alanlara duyarlı hale geldiği yer.
Etkileri önemli olabilir. Üreticiler, karbonun hareketini kontrol etmek için manyetik alanları kullanarak, daha düşük sıcaklıklarda istenilen çelik özelliklerini elde edebilirler. enerji tüketimini azaltmakmaliyetler ve karbon emisyonları. Trinkle ayrıca yaklaşımın diğer alaşımlara ve malzemelere de genişletilebileceğine inanıyor.
“Artık gerçek hesaplamalar yapabildiğimize göre alaşım mühendisliğini daha akıllıca düşünmeye başlayabiliriz” dedi. “Bu, mevcut çeliklerin optimize edilmesi veya hatta kimyasal bileşimlerin tasarlanması anlamına gelebilir. tamamen yeni ligler”.