Испания: IMDEA Materials напечатала на 3D-принтере металлическое стекло с низкими потерями

Репортаж от Wedoany，17 сентября испанский Институт IMDEA Materials обнародовал последние результаты исследования в рамках европейского проекта AM2SoftMag. Команда проекта с помощью процесса лазерного плавления порошкового слоя (LPBF) успешно изготовила полностью аморфный железосодержащий металлический стекломатериал с плотностью формования более 92% и коэрцитивной силой, сниженной до 44 А/м; целевое применение — роторы и статоры высокоэффективных электродвигателей и другие магнитомягкие компоненты. Соответствующие результаты исследования опубликованы в журнале «Acta Materialia».

Новый материал разработан исследовательской группой Саарского университета Германии; его основные компоненты включают железо, кремний, бор, ниобий и никель, без кобальта и редкоземельных элементов. Ключевая характеристика материала — повышенная устойчивость к расстекловыванию: без кристаллизации может формироваться критическая толщина до примерно 1 мм, что примерно в 10 раз превышает показатель существующих коммерческих аналогов.

Группа устойчивой металлургии IMDEA Materials отвечает за оптимизацию параметров изготовления LPBF. Исследователи применили стратегию двухлазерного сканирования и устанавливали контролируемые временные интервалы между последовательными сканированиями, чтобы снизить риск кристаллизации, вызванной повторяющимся нагревом и охлаждением в процессе аддитивного производства. Полученные образцы сохранили полностью аморфную структуру и одновременно достигли плотности материала более 92%.

Исследовательская группа также подтвердила структуру материала с помощью рентгеновской дифракции, электронной микроскопии и атомно-зондовой томографии. Результаты испытаний показали, что химические элементы распределены внутри материала случайным образом и не образуют выраженной кристаллической структуры, что обеспечивает структурную основу для сохранения магнитомягких свойств. Достигнутая коэрцитивная сила 44 А/м является одним из наиболее низких на данный момент измеренных уровней для железосодержащего металлического стекла, напечатанного на 3D-принтере.

При использовании железосодержащего металлического стекла в электродвигателях основное внимание уделяется потерям на вихревые токи и гистерезисным потерям в материалах сердечника. В традиционном процессе обработки LPBF повторяющиеся термические циклы многослойного лазерного воздействия легко вызывают кристаллизацию металлического стекла, ослабляя его магнитомягкие свойства. В данном исследовании за счёт одновременной корректировки состава сплава и технологии печати удалось обеспечить сохранение аморфной структуры магнитомягких компонентов сложной формы после аддитивного производства.

Проект AM2SoftMag финансируется Европейским инновационным советом через программу HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN-01, номер проекта — 101046870. В числе участвующих организаций — Саарский университет, IMDEA Materials, Итальянский национальный институт метрологии и Берлинский технический университет. На следующем этапе проект сосредоточится на снижении внутренних дефектов 3D-печатных изделий, увеличении размеров изготовления и масштабировании процесса, а также на изготовлении прототипов роторов и статоров высокоэффективных электродвигателей из нового материала для проверки характеристик.