Nincs az az első osztályú borotvapenge, ami idővel ne veszítene hatékonyságából használata során. Egy, a Massachusettsi Műszaki Egyetemen végzett kutatás során ezért az intézmény metallurgiai szakemberei arra keresték a választ, hogy hogyan növelhetnék a különféle pengék élettartamát. Ami jó lenne nekünk, de legfőképp a bolygónak. - írja a Science tudományos szaklap.

A mindennapokban használt pengék, mint amilyen a konyhakés, minden egyes vágás után veszítenek élükből, amire a megoldást eddigi ismereteink szerint az újraélezés jelenti. Meglehet, ezért terjedt el az az elgondolás a köztudatban, hogy a kés vagy a borotvapenge egyszerűen eltompul a használattól. Ami még érdekesebb, hogy bár a hajszál mintegy ötvenszer puhább az acélnál, mégis tönkre teheti a pengét.

De hogyan?

A kutatók minden eddiginél közelebbről vizsgálták 'bevetés közben' a borotva élét, vagyis a szőrszálak elvágásánál, és csakhamar rájöttek, hogy a mechanizmus jóval több a vékony él eltompulásánál. A kísérlet első fázisában ezért az egyik kutató saját borotvájáról készített elektronmikroszkópos felvételt a használat után, az ábra pedig azonnal világossá vált számára:

az él ugyanis nem eltompult, hanem elszórtan hajszálrepedések keletkeztek benne.

A borotvapengék alapanyagául a martenzites rozsdamentes acél szolgál, amit előbb gyakran bevonnak valamilyen gyémánt-jellegű szerkezetet mutató szénbevonattal, végül egy teflonbevonattal, ami csökkenti a súrlódást. A martenzites acél gyártásánál keletkező speciális szerkezet teszi keménnyé a fémet, ugyanakkor ez a folyamat felelős a mikroszerkezet egyenetlenségéért is. A szőrszál egyébiránt szint hasonló egyenetlen szerkezetű, amelynek a külső részét pikkelyszerűen egymást fedő, nagy keménységű anyag adja, ezen belül található egy jóval puhább, szálakból felépülő réteg, majd a közepén üreges belső rész, ami a vágáshoz a mechanikai tulajdonságaival nem járul hozzá. A szőr pluszban úgymond képes elhajolni, ha a penge hozzáér, ami ellenállóbbá teszi az eszközzel szemben.

A szakértők a pásztázó elektonmikroszkópos (SEM) és visszaszórt elektron diffrakciós vizsgálattal (EBSD) végezték kísérletüket, és megalkottak egy, az elektronmikroszkópba kényelmesen behelyezhető, mozgatható platformot. Szerkezetük egyik oldalára egy, a pengét tartó, míg a másikra néhány hajszálat tartó szerkezetet tettek. A platform mozgatásával lemásolták a borotválkozás közbeni mozdulatsort, valamint azt is megoldották, hogy a penge élét különböző szögekbe állítsák. A szőrszál levágásának különböző pontjain megszakították a műveletet, majd elkészítették a felvételeket a penge és a szőrszál kölcsönhatásáról, a végére pedig tisztán látták, hogy a vágás folyamatának mely pontja miként hat a pengére. Kiderült, hogy az eszköz éle szemernyit sem változott, vagyis nem tompult, mint ahogy azt eddig gondoltuk.

Ezzel szemben mikrorepedések, és más, csak mikroszkóp alatt látszó sérülések keletkeztek benne.

A sérülések egyre csak szaporodtak a folyamatos használattól, sőt nagyobbak is lettek, bár utóbbi már attól is függött, hogy milyen szögben találkozott a penge a szőrszállal. Kis szög esetén a megfigyelők nagy hibákat tapasztaltak, ha viszont szinte merőlegesen állt a penge a szőrszálon, akkor csak kisebbeket. A kutatók szerint ez a hajszál heterogén felépítése miatt lehetséges. A csapat mindemellett lemodellezte a mikrorepedésekre ható erőket, a repedések terjedését, és kiderült, hogy azok az acélban lévő adalékok egyenlőtlen eloszlását használják ki. A probléma abból adódik, hogy ezek az anyagok adják az acél erősségét, vagyis aligha lehetne kiiktatni azokat. Ahhoz tehát, hogy tartósabb élű pengék készülhessenek, az kellene, hogy az acél adalékanyagai a jelenleginél homogénebb szerkezetűek legyenek. (Ez bármilyen más anyagból készülő penge esetén igaz.)

(Fotó: Pixabay)