Бритвенные лезвия идеально подходят для своей задачи: их режущая кромка изготовлена из нержавеющей стали, многослойная микроструктура которой делает ее особенно крепкой. Поверх нее находится еще более прочное углеродное покрытие, завершающееся тонким, устойчивым к трению полимерным слоем. Для оптимальной остроты режущая кромка сужается под углом 17 ° к своей тонкой 40-нанометровой кромке.
Но через некоторое время лезвие бритвы неизбежно тупится. Хотя сталь более чем на порядок крепче волоса, она не выдерживает нагрузки. Команда Массачусетского технологического института впервые подробно исследовала это явление. Чтобы рассмотреть изменения на режущей кромке, после каждого бритья ученые анализировали лезвия бритвы под электронным микроскопом.
Вопреки ожиданиям, режущая кромка во время бритья не шлифовалась. С каждым разом на ней появлялось все больше мелких трещин и зазубрин. Ученые предположили, что они образуются только в определенных точках на переднем крае и не при каждом использовании. Для проверки гипотезы они подносили под разными углами волосы различного диаметра к бритвенному лезвию, прочно зажатому в электронном микроскопе, и разрезали их.
Как выяснилось, если лезвие срезает волосы точно под прямым углом, оно остается целым. Но при моделировании реальной ситуации с наклоном режущей кромки на 21 °, это приводило к пластической деформации стали и появлению в нескольких местах зазубрин. Толщина или количество волосков практически не играли роли.
Микротрещины в основном возникали там, где края волос встречались с режущей кромкой, что позволяло волосу создать на острие по обе стороны от волоса по выемке. Это всегда происходит, когда более твердый внешний слой волос встречается с одной из более мягких областей микроструктуры стали.
Чтобы затупить лезвие бритвы, нужны одновременно три условия:
- волосы должны касаться режущей кромки под прямым углом;
- ее сталь должна иметь неоднородную микроструктуру с более твердыми и мягкими участками;
- более твердая оболочка волоса должна точно попасть в такое мягкое место.
Тогда даже на твердой нержавеющей стали могут появиться микротрещины и вмятины.
«Поскольку эти условия встречаются только в редких случаях, лезвия коммерческих бритв тупятся только после многократного использования», - объясняют исследователи в Science. Их результаты не только раскрывают секрет тупых лезвий, но и могут помочь в производстве более прочных лезвий в будущем. А пока совет: чем вертикальней вы держите бритву, тем острее будет лезвие.
