שבב אחר שבב, כך יכולה שערה לפרק סכין מפלדה

בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים, חוקרים תיעדו כיצד שערות מפעילות לחץ על נקודות חולשה שנוצרות בקצה הסכין בתהליך ההשחזה

חוקרים בחנו מה קורה כאשר להב סכין פלדה חותך שערות בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, וחשפו מנגנון חדש שגורם לסכינים להתקהות כאשר הן חותכות חומרים רכים יותר. המאמר התפרסם בשבוע שעבר בכתב העת המדעי Science, והוא כולל גם כיוונים לפיתוח סכיני גילוח עמידות יותר בהתאם לחולשות שנמצאו בסכינים הקיימות. כך, מקווים החוקרים, ניתן יהיה לצמצם את הנזק שהסכינים המשומשות גורמות לסביבה. אם כי, כדי לגשר בין הגילוי המדעי המסקרן לפיתוח מסחרי עם ערך סביבתי יהיה צורך להתגבר על אתגרים רבים, בהם ייצור הסכינים המשודרגות בעלות נמוכה מספיק. 

סכיני גילוח עשויות מפלדה מרטנזיטית, סוג של פלדת אל-חלד שנותנת יחס טוב בין מחיר חומר הגלם לתכונות המכניות של הלהב העשוי ממנה – בייחוד רמת הקושי של החומר, כך מסביר שי אסל ממכון המתכות הישראלי בטכניון.

תהליך ההשחזה של סכינים, מסביר אסל, נעשה ביצירת שריטות עדינות יותר ויותר בקצה הלהב. בחינת להבי הסכינים תחת המיקרוסקופ, כפי שנעשתה במחקר הנוכחי, מראה את השריטות העדינות הללו, שעוביין כמה שברי מיקרון. החוקרים הראו כי צורת השיוף הזו, כשהיא נעשית בשני צדי הלהב, מביאה לכך שהשריטות העדינות מתחברות זו לזו בקצה הסכין. התוצאה היא שברמה המיקרומטרית, קצה הלהב מורכב משורה של חודים שנוגעים אחד בשני בנקודות המפגש בין שתי שריטות בשני צדי הסכין. 

בעזרת מיקרוסקופ האלקטרונים, ראו החוקרים כיצד כאשר השערה (שסכין הגילוח חותך) לוחצת על חיבורים לא אחידים אלה, העומס הגבוה על נקודות החיבור הפגיעות גורם להיווצרות סדקים. "כמו שזכוכית שיש בה סדק נשברת בקלות רבה יותר", מסביר אסל. סדק כזה מעמיק ואז מתקדם משורש החריץ חזרה אל פני השטח וגורם לנתז זעיר של פלדה להתנתק מהלהב. הפגיעה הראשונית בלהב מגבירה את הלחץ בנקודה הפגועה, ומעודדת התנתקות נתזים נוספים, והסכין מאבדת כך בהדרגה את חדותה.

החוקרים מצאו עוד שהגמישות של השערה, שבזכות המבנה המורכב שלה היא גם גמישה בעלת ננו-מעטפת קשיחה (רק פי שלושה או ארבעה יותר רכה מהפלדה עצמה, מסביר אסל), מגבירה את העומס על הלהב ואת הנזק שנגרם לו. לדברי החוקרים, תכנון של להבים שהמבנים הננומטריים שבקצותיהם אחידים וחלקים יותר יוכל לסייע בצמצום השחיקה של הסכינים - והצטברותם באשפה. כדי להשיג זאת, הם מציעים ללטש עוד יותר את המבנים שנוצרים במתכת המרטנזיטית, או בשימוש בסגסוגות עם מבנים הומוגניים ברמה הננומטרית.

אסל מציין כי גם ציפוי הלהב בחומר אחר יכול לצמצם נקודת תורפה זו. אפשרות נוספת היא לעגל את נקודות החיבור בין השריטות בטיפול אלקטרו-כימי, "כמו שקידוח עדין של קצה סדק בשולחן זכוכית יקשה על הסדק להתרחב", הוא אומר. אסל מוסיף כי הגילוי של מנגנון חדש של שחיקה של להבי פלדה מעניין. אולם הוא לא משתכנע מהניסיון לקשור את הגילוי לצמצום הנזק הסביבתי שנגרם מסכיני גילוח. המנגנון העיקרי שגורם לשחיקה של סכיני פלדה, הוא מסביר, פועל דרך שחיקת פני השטח בשפת הלהב באופן דומה לצורה שבה מים גורעים מסלעים, שקשים מהם בהרבה. במאמר עצמו מציינים החוקרים כי המנגנון החדש אותו גילו, של היווצרות נתזים מהלהב בחיתוך, מתרחש לעתים נדירות יחסית. המאמר לא מנסה גם לכמת את עוצמת האפקט על החדות של הלהב – למשל בניסיון לשקול את כמות החומר של הנתזים שנפרדים בחיתוך.

"אם מחקרים נוספים יראו שהשחיקה מסוג זה היא משמעותית, ניתן יהיה לתכנן להבים עמידים יותר", אומר אסל. אולם הוא מזכיר כי סגסוגות קשות הומוגניות יותר כמו אלה שמציעים החוקרים לבדוק הן גם יקרות יותר, והתועלת הסביבתית של פיתוח למטרות מסחריות תלויה קודם כל בעלות שלו. ובהקשר של סכיני הגילוח, הוא מוסיף, גם לא בטוח שהמאמץ המחקרי מושקע בנקודה הנכונה. למשל, אסל מספר כי חוקרים בטכניון עבדו בעבר עם חברת סכיני גילוח כדי לסייע לשפר את המוצר שלהם. לפי הבדיקה שלהם, המרכיב הראשון שמאבד את יעילותו ומעודד החלפת סכינים הוא לא הלהב עצמו – אלא הפס שמקדים את הלהבים ומשמש למתוח את העור כדי לאפשר גילוח חלק.