Supermagnetid 3D-printerilt

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Püsimagnetid on paljude elektritoodete, näiteks tuuleturbiinide, elektrimootorite, andurite või magnetiliste lülitussüsteemide oluline komponent. Tavalistel tootmisprotsessidel - paagutamisel või survevaluvormil - on puudusi, mistõttu Grazi tehnikaülikooli teadlased uurivad praegu alternatiivseid protsesse.

Kuidas saab tulevikus püsimagneteid toota?

Tänu elektroonika üha suurenevale miniaturiseerimisele ja sellega seotud magnetidele esitatavatele geomeetrilistele nõuetele on tavapärased tootmismeetodid jõudmas üha enam oma piiridesse. TLÜ Grazi teadlastel on koostöös Viini ja Erlangen-Nürnbergi ülikoolide ning Joanneum Researchi meeskonnaga õnnestunud toota supermagneteid, kasutades laseril põhinevat 3D-printimist. Magnetmaterjali metallipulber kantakse kihiti, osakesed ühendatakse üksteisega sulamise teel. See loob komponendi, mis on valmistatud täielikult metallist.

Protsess on nii keerukas, et teadlased saavad printida suure suhtelise tihedusega magnetid ja samal ajal kontrollida nende mikrostruktuuri. See kombinatsioon võimaldab magnetilisi omadusi kohandada täpselt vastava rakenduse jaoks.

Otsiti alternatiivi neodüüm-raud-boormagnetitele

Uurimisrühm keskendus algselt neodüüm-raud-boormagnetite (NdFeB-magnetid) tootmisele. Neodüüm kuulub nn haruldaste muldmetallide rühma ja on oma keemiliste omaduste tõttu aluseks paljudele tugevatele püsimagnetitele, mis on arvutites, nutitelefonides ja muudes olulistes rakendustes asendamatud. Siiski on ka selliseid rakendusi nagu elektripidurid, magnetilülitid või teatud elektrimootorisüsteemid, kus NdFeB magnetide magnetiline tugevus pole vajalik ega ole ka soovitatav.

Seetõttu jätkab Grazi tehnikaülikooli materjaliteaduse, liitumise ja vormimise tehnoloogia instituudi doktorant Siegfried Arneitz tööd 3D-prinditud magnetitega - tuginedes varasematele uurimistulemustele. Arneitz on oma väitekirjas pühendunud raua- ja koobaltipõhiste magnetite (Fe-Co-magnetid) 3D-printimisele. Teadlased kirjeldavad oma tööd detailselt ajakirjas Materjalid.

Keskkonnasõbralikum ja temperatuurikindlam

Need on paljulubavad alternatiivid NdFeB magnetidele. Kahes aspektis: haruldaste muldmetallide kaevandamine on keeruline ja mitte eriti jätkusuutlik, nende metallide ringlussevõtt on alles lapsekingades. Fe-Co-põhised magnetid on seevastu keskkonnale palju vähem kahjulikud.

Lisaks kaotavad haruldaste muldmetallide magnetilised omadused temperatuuri tõustes, samal ajal kui spetsiaalsed Fe-Co-põhised sulamid säilitavad oma magnetilise võimekuse isegi temperatuuril 200–400 kraadi ja neid iseloomustab hea temperatuuri püsivus.

Esimesed tulemused muudavad Arneitzi enesekindlaks: “Varasemad teoreetilised arvutused on näidanud, et nende materjalide magnetilisi omadusi saab suurendada isegi kaks kuni kolm korda. 3D-printimise pakutava disainivabadusega oleme kindlad, et suudame sellele eesmärgile lähemale jõuda.”Eesmärk on pakkuda alternatiivseid magnetilisi materjale nendesse piirkondadesse, kus neodüümi-raud-boormagnetid pole vajalikud.

Lisainformatsioon