Группа химиков из Пекина считает, что раскрыла секрет изготовления дамасской стали. Помогло компьютерное моделирование: параметры сплава были восстановлены шведской программой Thermo-Calc, предназначенной для металлургических расчетов. Результаты исследования опубликованы в последнем номере журнала Chinese Science Bulletin.
С дамасскими клинками европейцы познакомились более тысячи лет назад. Они сразу прославились непревзойденной твердостью и остротой лезвий (смотри мем с разрезанным пополам падающим шелковым платком). Персидские мастера держали способ изготовления в секрете. Известно было лишь, что они делали сталь из небольших слитков булата, который привозили из Индии. Все попытки европейских оружейников повторить процедуру изготовления дамасских клинков были тщетны, а в конце концов был утерян и сам секрет.
Поскольку, несмотря на все успехи современной металлургии, тайна дамасской стали так и продолжала оставаться неразгаданной, интерес к ней не угасал. Составы и микроструктуры сохранившихся дамасских клинков были тщательно изучены. Выяснилось, например, что весовое содержание углерода в них составляет 1–1,6%. Это намного выше, чем в современных высокоуглеродистых сталях. Углерод в дамасскую сталь входит в виде крупных частичек цементита (карбид железа), которые формируются в разветвляющиеся ленты, пронизывающие металл и придающие поверхности клинка специфические узоры.
В 1970-х годах прошлого века команды Университета штата Айова и Стенфордского университета предложили свои версии изготовления дамасских клинков. Каждая из этих очень различающихся между собой версий состояла из многих шагов и включала в себя относительно холодную ковку (600–850 °С). Основное различие заключалось в способах формирования цементитовых лент. Тогда версия Стенфордской группы представлялась более убедительной, но в результате и она оказалась ошибочной, поскольку предложенная учеными процедура требовала значительных количеств ванадия, а его-то как раз в дамасских сталях либо находили очень мало, либо не находили вовсе.
Китайские металлурги решили поручить разгадку компьютеру. В уже упомянутую программу Thermo-Calc они ввели всю имеющуюся о дамасских сталях информацию и все возможные факторы, влияющие на связи железа с углеродом. В результате компьютер в качестве наиболее вероятной процедуры выдал такую, какая прежде не рассматривалась вовсе: в ней ключевую роль играет не ванадий, а сульфиды и фосфор с его солями.
Китайские ученые считают, что их метод позволяет не только разгадать историческую загадку, но и предложить промышленности процедуры по созданию сталей со сверхвысоким содержанием углерода и совершенно иными качествами.

Древняя технология и современная алхимия
Сэр Вальтер Скотт в своей книге «Талисман » воспроизвел сцену , октября 1192 года , когда Ричард Львиное Сердце и Салладин Сарацин встретились в конце Третьего Крестового похода ( после возвращения Ричарда в Англию их было еще пять , в зависимости от того как считать) . Скотт представил вооруженный поединок между двумя мужчинами - Ричард был вооружен добрым английским палашом , а Салладин - ятаганом из дамасской стали , « загнутый и узкий клинок , не сиял как мечи франков , а наоборот был темно -синего цвета с сотнями тысячами изгибов по всему лезвию ... ». Это грозное оружие , по крайней мере в высокопарной прозе Скотта , как бы наперед представляет нам победителя этого средневекового поединка ... или хотя бы достойного противника.
Дамасская сталь: Разгадка алхимии
Легендарные мечи , известные как дамасская сталь , пугали европейских захватчиков « Святой земли » восточной цивилизации на протяжении всех Крестовых походов ( 1095- 1270гг.) В Европе кузнецы пытались создать сталь равную дамасской, используя технику контурного сварки , которая заключалась в чередовании слоев стали и железа , составлении и скручивании металла в процессе его ковки. ( Контурная сварки - это была техника , которую использовали кузнецы мечей во всем мире , в том числе кельты в 6 веке , викинги в 11 веке и японцы в 13 веке) .
Иногда , европейские кузнецы специально делали на клинке гравировку или покрывали его поверхность серебряной или медной филигранью , чтобы сымитировать мягкие, извилистые линии , характерные для клинков из дамасской стали. Некоторые ученые считают , что исследование процессов производства дамасской стали было началом современного материаловедения . Впрочем , европейские кузнецы так и не смогли воспроизвести прочность сердцевины дамасской стали, а позднее в середине 18 века тайна ее производства было потеряна даже для мусульманских кузнецов.
Индийский булат и клинки сарацинов
То , что сегодня называют настоящей или восточной дамасской сталью , производили из сырья , которое называлась индийский булат . Он был необычным сортом железной руды, который начали добывать в южной и на юге центральной Индии и на Шри - Ланке, еще за 300 лет до нашей эры. Такой булат делали из сырой железной руды и образовывали путем плавления на тигле , выжигая примеси и добавляя важные ингредиенты , в том числе большое количество углерода (примерно 1,5 % от всего веса , в то время как кованое железо содержит обычно всего 1 % углерода) .
Такое количество углерода была одновременно ключом и ахиллесовой пятой всего производства. Высокое содержание его позволял делать края лезвия острыми на очень долгое время , но его присутствие в смеси почти невозможно было контролировать . Добавишь слишком мало углерода и в результате получишь листовое железо, чересчур мягкое для меча , много - и это уже будет чугун , а он слишком хрупкий . Если в процессе производства происходит какая-то ошибка , то сталь начинает формировать пластины цементита , сорта железа , который является чрезвычайно ломкими . Каким-то образом мусульманские металлурги могли контролировать эту внутреннюю слабину сырого материала и превращали его в оружие для сражений , и это их умение невесть как пропало в середине 18 века. Но ведь это же просто абсурд , что кузнецы вот так просто потеряли такую полезную технологию. С тех пор , как это знание кузнецов было утеряно , многие исследователи пытались открыть его заново, фактически , эта статья основана на их находках за прошедшее десятилетие или немного больший период времени.
Но в недавней статье в журнале Nature исследовательская команда из Дрезденского университета во главе с Петером Пауфлером сообщила , что , возможно , у них есть гипотеза того , как возникла высоко углеродсодержащая сталь и почему она исчезла. Эта гипотеза основывается на одной из самых недавних отраслей материаловедения - нанотехнологии. Слово « нанотехнология » может показаться немного странным , в описании технологии , которая была в употреблении несколько веков назад. Ведь « нанометр » это одна миллиардная частичка метра , что-то настолько маленькое , что его невозможно было измерить до недавних пор . Но в значении, которое использовано здесь , нанотехнология означает преднамеренное ( или случайное ) добавление очень маленького количества материала , чтобы создать химическую реакцию на уровне квантов .
Нанотехнология использовалась для создания лазурной краски в цивилизации Майя - это краска необычно глубокого синего цвета и ее и сейчас можно увидеть на фресках 8 века в Америке. Цветное витражное стекло периода европейского Ренессанса , цветное стекло времен бронзового века в Египте , скрипки маэстро Страдивари , жившего в 18 веке - все эти вещи возникли благодаря творческому использованию небольшого количества инородных примесей , которые добавлялись при создании вещи , вызывая качественные изменения на квантовом уровне. Нанотехнология - это настоящая алхимия .
Итак , нанотехнология - добавление небольшого количества посторонних примесей в расплавленного железа заготовки , сыграла ключевую роль в создании клинков дамасской стали. Но ... что же это были за примеси и как они туда попали? Тайная алхимия создания дамасских клинков была утрачена в середине 18 века. Попытки европейских кузнецов еще до 18 века , а также всех тех , кто до прошлого века пытался создать собственные клинки , проваливались , не в состоянии решить проблему с внутренней слабостью высоко углеродного материала и никто из них не мог объяснить , как сирийские кузнецы в древние времена достигали такой филигранной поверхности в конечном продукте.
Дамасская сталь и электронный микроскоп
Исследовательская команда во главе с Пауфлером использовала современную нанотехнологию , чтобы подробнее изучить микроструктуру дамасских клинков и сделала это с помощью растрового электронного микроскопа. Исследования определили , что было две примеси , которые помогли решить эту головоломку , их обе на среднем востоке часто добавляли как в сырую руду , так и в металл процессе выплавки . Этими умышленными примесями к булату были кора Cassia auriculata ( коричного дерева, используемого для выделке кожи) и листья Calotropis gigantean ( молочая ) . Спектроскопия также показала небольшое количество ванадиума , хрома , марганца , кобальта и никеля и некоторые редкие элементы , которые, возможно, попали в руду тогда , когда ее еще добывали из шахт в Индии. Эти элементы уже были в сырой стали , но Пауфлер и его коллеги также обнаружили , что в стали и на квантовом уровне произошли изменения , возможно , это произошло в процессе производства . Они допускают , что в процессе ковки при поочередном нагреве и придании изделию формы в металле возникла такая микроструктура как « карбидные нанотрубки » - чрезвычайно крепкие трубки из углерода , именно они образуют рисунок на поверхности и делают клинок прочным.
Итак , благодаря объединению уникальных свойств индийского булата и особого процесса ковки , во время которого добавлялись небольшие количества специальных добавок , кузнецы восточной цивилизации смогли создать дамасскую сталь. В середине же 18 века химический состав сырья изменился - небольшое количество той или иной минеральной примеси исчезло , возможно , из-за истощения какой-либо из рудных залежей . Это различие кузнецы не могли увидеть , но интересно то , что они пытались продлить существование этого процесса производства , добавляя небольшое количество предыдущей партии руды в каждую новую.