Forskere bruger flerkomponentlegeringer til at fremstille stærke og duktile bløde magnetiske materialer

Bløde magnetiske materialer (SMM'er) anvendt i elektriske motorer omdanner energi fra bæredygtige ressourcer til elektricitet. Konventionelle SMM'er, som i øjeblikket bruges i industrien, er tilbøjelige til at blive beskadiget under alvorlige mekaniske belastninger. Forskere fra Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), Darmstadts Tekniske Universitet og Central South University, Kina, har udviklet en ny designstrategi, der forlænger levetiden for SMM'er og baner vejen for avancerede applikationer som højhastigheds motorer. De offentliggjorde deres seneste resultater i tidsskriftet Nature .

Introduktion af nanopartikler for at øge styrke og duktilitet

"Det nuværende problem, vi står over for i konventionelle bløde magnetiske materialer, er afvejningen mellem at være magnetisk blød på den ene side og mekanisk stærk på den anden side," forklarer Liuliu Han, doktorgradsforsker ved MPIE og førsteforfatter til publikationen . Højere styrke i materialer opnås normalt gennem implementering af mikrostrukturelle egenskaber såsom nedbør og defekter. Ifølge den kendte teknik vil introduktion af disse nanopartikler i bløde magnetiske materialer fastholde bevægelsen af ​​domænevæggene og dermed mindske magnetiseringskraften. Forskerne opdagede, at størrelsen af ​​nanopartiklerne spiller en afgørende rolle for både magneternes mekaniske styrke og duktilitet og deres magnetisme.

"Hidtil har det været antaget, at mindre nanopartikler interagerer mindre med domænevæggene og derfor foretrækkes. Men det modsatte er tilfældet. Vi implementerede partikler, der er lidt under domænevæggens bredde. Denne forgrovning betyder et mindre specifikt overfladeareal og reduceret det indre spændingsniveau, så de magnetiske egenskaber ikke blev påvirket,« siger Han.

Multikomponent legeringssystem til avancerede bløde magneter

Forskerholdet realiserede denne designidé i et multikomponent-legeringssystem, afledt af højentropi-legeringskonceptet, der indeholder jern, nikkel, kobolt, tantal og aluminium med multifunktionelle egenskaber, hvilket ikke er almindeligt for konventionelle bløde magneter, der hovedsageligt er rettet mod bløde magnetiske egenskaber. Derudover er materialer baseret på det nye legeringssystem lettere at fremstille og har en længere levetid end de konventionelle magnetiske materialer.

"Ved hjælp af beregningsmæssige beregninger og maskinlæring forsøger vi nu at finde måder at reducere omkostningerne ved den foreslåede legering ved at reducere mængden af ​​de indeholdende dyre elementer, såsom kobolt, og ved at finde erstatninger med lignende egenskaber," siger Dr. Fernando Maccari, postdoc-forsker i Functional Materials-gruppen ved TU Darmstadt og anden forfatter til publikationen. Magnetiske egenskaber blev undersøgt på TU Darmstadt, hvorimod designet af sammensætningen og karakteriseringen af ​​legeringen blev udført ved MPIE.

Den her anvendte legeringssammensætning tjener som et modelsystem for flerkomponentlegeringer. Konceptet med at bruge flerkomponentlegeringer er ikke begrænset til bløde magnetiske materialer, men er anvendeligt til avancerede legeringer med nye og usædvanlige kombinationer af funktionelle og mekaniske egenskaber. + Udforsk yderligere

En mekanisme til at designe højentropi-legeringer med forbedrede magnetiske egenskaber