Новости

Физики совершили глобальный прорыв в технологии аддитивного производства постоянных магнитов

25 мая 2020 Рубрика: Исследования и разработки, Новости организаций Ключевые слова: УрФУ, наука, аддитивные технологии

Физики Уральского федерального университета, Института физики металлов Уральского отделения РАН и Института материаловедения им. Лейбница впервые в мире синтезировали магниты с высокой устойчивостью к размагничиванию (коэрцитивная сила).

Магниты создают с помощью 3D-печати, не используя тяжелые редкоземельные металлы. Отсутствие тяжелых редкоземельных металлов снижает стоимость производства и увеличивает намагниченность материала. При этом с помощью 3D-печати можно создавать эффективные постоянные магниты любой геометрической формы.

«Мы добились почти двукратного увеличения коэрцитивной силы магнитов. На сегодня это лучший в мире результат для аддитивных технологий производства постоянных магнитов, — подчеркивает доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ и лаборатории магнетизма и магнитных наноструктур ИФМ УрО РАН Алексей Волегов. — Абсолютное значение коэрцитивности наших магнитов более чем на треть выше, по сравнению с мировыми аналогами. Принципиально важно, что инфильтрация сплава в межзеренные границы происходит одновременно с 3D-печатью магнитов. Одностадийный синтез магнитов с применением аддитивных технологий произведен впервые».

Останавливаться ученые не планируют. Сейчас они работают над повышением коэрцитивной силы микрокристаллических магнитов. Цель — экономичное серийное 3D-производство постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой и многообразной конфигурацией без использования тяжелых редкоземельных элементов.

Основа для изготовления магнитов — порошки из нанокристаллического сплава неодима, железа и бора. Получать подобное соединение сравнительно легко. Магниты из этого сплава имеют высокие магнитные характеристики, способны сохранять намагниченное состояние, когда его пытаются перемагнитить, а также не содержат дорогостоящий кобальт, который применяется в литий-ионных аккумуляторах. Кроме того, магниты из этого сплава при комнатной температуре запасают больше «магнитной» энергии, чем любой другой тип магнитов.

«Мы использовали порошкообразный сплав на основе неодима двух типов: нанокристаллический с размером зерен 25 нанометров и микрокристаллический с размером зерен 450 нанометров. Фактически, отжигая нанокристаллический сплав при температуре 10000°С в течение получаса, мы вырастили кристаллиты со средним размером 450 нм, — рассказывает Алексей Волегов. — Обменное взаимодействие этих зерен и состояние границы между ними и определяют гистерезисные магнитные свойства сплавов. С одной стороны, межзеренное взаимодействие позволяет в некоторых случаях увеличить остаточную намагниченность и уменьшить содержание редкоземельных металлов, с другой — снижает коэрцитивную силу. Мы добивались ослабления межзеренного взаимодействия за счет изменения границы между зернами».

Исследования ученых Уральского федерального университета и их коллег из Института материаловедения им. Лейбница поддержаны грантами Министерства науки и высшего образования РФ и German Science Foundation.

Постоянные магниты
Изделия из магнитотвердых материалов, способные сохранять состояние намагниченности в течение длительного времени. Они используются в качестве автономных источников магнитного поля, для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Области применения постоянных магнитов — робототехника, магнитно-резонансная томография, производство ветрогенераторов, электродвигателей постоянного тока, мобильных телефонов, высококачественных динамиков, бытовой техники (кондиционеров, холодильников, морозильников, кухонных вытяжек), жестких дисков компьютеров и т. д. Использование постоянных магнитов позволяет уменьшить габариты изделий и увеличить их КПД.
Развитие энергетики и робототехники, миниатюризация высокотехнологичных устройств, электрических и гибридных транспортных средств требуют ежегодного увеличения объема производства постоянных магнитов и в то же время улучшения их магнитных свойств. Повышение коэрцитивной силы является наиболее важной задачей при модификации постоянных магнитов.

Источник:

  • Пресс-служба Уральского федерального университета

Карточка организации:

Регион:

Добавить комментарий

  • 29
  • 30
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2