Открытие ученых преобразит производство стали, позволяя сократить энергозатраты и увеличить экологичность благодаря применению магнитных полей.
Исследователи из Инженерного колледжа Грейнджера обнаружили ранее неизвестный физический механизм, который объясняет, как магнитные поля воздействуют на скорость перемещения атомов углерода в кристаллической решетке железа. Эта работа углубила понимание взаимодействия углерода с зерновыми границами стальных изделий, которые играют важную роль в формировании механических свойств металла, сообщает ScienceDaily.
Сталь, которая образуется в результате сочетания железа и углерода, является одним из самых распространенных конструкционных материалов на Земле. Для формирования ее кристаллической решетки требуются очень высокие температуры, что делает процесс производства стали крайне энергоемким.
Несколько десятилетий назад ученые заметили, что определенные марки стали получают улучшенные свойства после термической обработки под воздействием магнитного поля, однако объяснить это явление тогда удавалось лишь теоретически. Из-за отсутствия четкого физического обоснования инженеры не могли точно предсказать или контролировать данный эффект.
В новом исследовании специалисты применили компьютерное моделирование диффузионных процессов. Работа была проведена на примере железно-углеродистых соединений, в которых атомы углерода располагаются в пустотах между атомами железа, образуя микроскопические «ячейки». Через детальный анализ перемещения атомов углерода ученые установили точный механизм замедления их движения под влиянием магнитных полей.
Методика численных расчетов включала моделирование условий окружающей среды, учитывая одновременно и тепловые колебания, и наличие магнитных полей. Результаты показали, что степень ориентации магнитных спинов атомов железа непосредственно влияет на уровень потенциального барьера, который мешает переходу атомов углерода из одной ячейки в другую. Чем более выражено магнитное упорядочение атомов железа, тем выше сопротивление миграционным процессам атомов углерода, что и объясняет замедляющее воздействие магнитных полей.
Таким образом, это открытие закладывает основы для усовершенствования технологии производства стали, способствуя снижению энергопотребления и повышению экологичности металлургической отрасли. Полученные научные знания открывают перспективы применения подобных методов и для других типов материалов, позволяя заранее предсказывать изменения свойств веществ под воздействием магнитных полей.
Тем временем 101-летняя бунтарка-китаянка раскрыла секрет долгой жизни.
Фото: hi-tech.mail.ru