Учёные раскрыли механизм влияния магнитного поля на прочность стали

Исследователи из Университета Иллинойса впервые объяснили физический механизм, благодаря которому магнитные поля замедляют движение атомов углерода в железе. Это открытие, опубликованное в журнале Physical Review Letters, может привести к созданию более прочной стали с меньшими энергозатратами.

Производство стали, требующее высоких температур для формирования её внутренней структуры, является крайне энергоёмким процессом. Учёные давно наблюдали, что обработка некоторых марок стали в магнитном поле улучшает их свойства, но не понимали причин этого явления.

Предыдущие объяснения этого поведения были в лучшем случае феноменологическими. При проектировании материала нужно уметь предсказывать: «Если я добавлю этот элемент, материал изменится так-то». А у нас не было понимания, как это происходит; не было ничего предсказательного, — пояснил профессор материаловедения Даллас Тринкл, старший автор исследования.

Команда смоделировала движение атомов углерода между «клетками», образованными атомами железа. Выяснилось, что магнитное поле упорядочивает магнитные спины атомов железа, повышая энергетический барьер, который должен преодолеть атом углерода для перемещения. Это и замедляет диффузию.

Когда спины более хаотичны, октаэдр (клетка) становится более изотропным: всё как бы раскрывается, и появляется больше пространства для движения, — добавил Тринкл.

Это открытие позволит инженерам точнее проектировать сплавы, снижая энергопотребление и выбросы CO₂ при производстве стали. Принципы также могут быть применены и к другим материалам для прогнозирования влияния магнитных полей на атомную диффузию.