Ученые УрФУ исследовали модель порошка для 3D-печати магнитов

Ученые Уральского федерального университета описали процессы перемагничивания нанокристаллических сплавов, которые используются в качестве исходных материалов при 3D-печати магнитных систем. Разработка повысит эффективность создания высокотехнологичных устройств для робототехники, электрического транспорта и электроники.

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, мобильных телефонов, высококачественных динамиков, бытовой техники и жестких дисков компьютеров.

Использование постоянных магнитов позволяет снижать габариты некоторых изделий и повышать коэффициент полезного действия. 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 свойств. Одна из важнейших задач при создании постоянных магнитов — повышение коэрцитивной силы, то есть значения напряженности внешнего магнитного поля, необходимого для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества.

В 2020 году группа физиков Уральского федерального университета и Института физики металлов совместно с зарубежными коллегами впервые в мире синтезировала с помощью 3D-печати постоянные магниты с высокой коэрцитивной силой без применения тяжелых редкоземельных металлов. Исследование открыло дорогу к получению с помощью аддитивных технологий эффективных постоянных магнитов любой заданной геометрической формы. Расходными материалами послужили порошки нанокристаллического сплава неодима, железа и бора. Преимущество этого сплава в том, что магниты из него способны при комнатной температуре запасать больше «магнитной энергии», чем любой другой тип магнитов, а также не содержат дорогостоящий кобальт.

Ученые УрФУ поставили перед собой задачу определить влияние различных микроструктурных особенностей магнитов на их свойства. Научная команда уточнила представления о процессах перемагничивания нанокристаллических сплавов и объяснила, по какой причине так называемые обменно-связанные сплавы по своим свойствам не смогут превзойти имеющиеся постоянные магниты, сообщил «РИА Новости» доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов.

«Мы предложили модель изменения параметров материала вблизи контакта зерен, которая прекрасно описывает экспериментально наблюдаемые свойства. Исследования по схожей тематике время от времени появляются, однако нам первым удалось описать экспериментально наблюдаемые свойства при использовании физически обоснованных подходов», — рассказал Алексей Волегов.

Результаты исследования лягут в основу создания магнитных систем, которые позволят делать высокотехнологичные устройства более миниатюрными, легкими и, возможно, более дешевыми. Нанокристаллические материалы также смогут служить исходным сырьем для 3D-печати постоянных магнитов. В будущем ученые планируют исследовать процессы перемагничивания образцов после 3D-печати и найти способы получения магнитных свойств на уровне выпускаемых постоянных магнитов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в издании Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.