Ученые из Инженерного колледжа Грейнджера выявили ранее неизвестный физический механизм, объясняющий, каким образом магнитные поля влияют на скорость миграции атомов углерода внутри кристаллической решетки железа. Работа углубила понимание процессов взаимодействия углерода с зерновыми границами стальных изделий. Они играют ключевую роль в формировании механических свойств металла, пишет ScienceDaily.
Сталь, образующаяся в результате сочетания железа и углерода, представляет собой один из самых распространенных конструкционных материалов на планете. Формирование ее кристаллической решетки требует крайне высоких температур, вследствие чего процесс производства сталелитейной продукции весьма энергоемкий.
Десятилетия назад ученые обнаружили, что отдельные марки стали приобретают улучшенные свойства после термической обработки в условиях воздействия магнитного поля, но объяснить данное явление тогда удавалось лишь теоретически. Из-за отсутствия ясного физического обоснования инженеры не могли точно спрогнозировать или управлять таким эффектом.
В новом исследовании эксперты использовали методики компьютерного моделирования диффузионных процессов. Работа проводилась на примере железно-углеродистых соединений, где атомы углерода размещаются в пустых промежутках между атомами железа, формируя своего рода микроскопические «ячейки». Путем детального анализа перемещений атомов углерода ученые смогли установить точный механизм замедления их движения под воздействием магнитных полей.
Методика численных расчетов включала симуляцию условий окружающей среды, учитывая одновременно и тепловые колебания, и наличие магнитных полей. Было показано, что степень ориентации магнитных спинов атомов железа напрямую влияет на уровень потенциального барьера, препятствующего переходу атомов углерода из одной ячейки в другую. Чем сильнее выражено магнитное упорядочение атомов железа, тем выше сопротивление миграционным процессам атомов углерода, что объясняет замедляющую роль магнитных полей.
Таким образом, сделанное открытие создает предпосылки для усовершенствования технологии производства стали, способствуя снижению энергопотребления и повышению экологичности металлургической промышленности. Полученные научные знания открывают возможности применять подобные методы и для других видов материалов, обеспечивая возможность заблаговременно предвидеть изменения свойств веществ под воздействием магнитных полей.
Тем временем 101-летняя бунтарка-китаянка раскрыла секрет долгой жизни.