Forskere simulerer magnetiseringsvending af Nd-Fe-B-magneter ved hjælp af store finite element-modeller

NIMS er lykkedes med at simulere magnetiseringsreverseringen af ​​Nd-Fe-B-magneter ved hjælp af store finite element-modeller konstrueret baseret på tomografiske data opnået ved elektronmikroskopi.

Sådanne simuleringer har kastet lys over mikrostrukturelle træk, der hindrer koercitiviteten, som kvantificerer en magnets modstand mod afmagnetisering i modsatte magnetfelter. Nye tomografi-baserede modeller forventes at guide mod udviklingen af ​​bæredygtige permanente magneter med ultimativ ydeevne.

Grøn strømproduktion, elektrisk transport og andre højteknologiske industrier er stærkt afhængige af højtydende permanente magneter, blandt hvilke Nd-Fe-B-magneterne er de stærkeste og mest efterspurgte. Koercitiviteten af ​​industrielle Nd-Fe-B-magneter er langt under dens fysiske grænse indtil nu. For at løse dette problem kan mikromagnetiske simuleringer på realistiske modeller af magneterne anvendes.

En ny tilgang til at rekonstruere den virkelige mikrostruktur af ultrafinkornede Nd-Fe-B-magneter i store modeller er foreslået i denne forskning, nu offentliggjort i tidsskriftet npj Computational Materials .

Specifikt kan de tomografiske data fra en række 2D-billeder opnået ved scanning elektronmikroskopi (SEM) i kombination med konsistent fokuseret ionstråle (FIB)-polering konverteres til en højkvalitets 3D-finite element-model.

Denne tomografi-baserede tilgang er universel og kan anvendes på andre polykrystallinske materialer, der adresserer en bred vifte af materialevidenskabelige problemer.

Mikromagnetiske simuleringer på de tomografi-baserede modeller reproducerede koercitiviteten af ​​ultrafinkornede Nd-Fe-B-magneter og forklarede dens mekanisme. De mikrostrukturelle træk, der er relevante for koercitiviteten og kernedannelsen af ​​magnetiseringsreversering, blev afsløret.

Den udviklede model kan således betragtes som en digital tvilling af Nd-Fe-B-magneter - en virtuel repræsentation af et objekt designet til at afspejle dets fysik nøjagtigt.

De foreslåede digitale tvillinger af Nd-Fe-B-magneterne er præcise nok til at reproducere både mikrostrukturen og de magnetiske egenskaber, der kan implementeres til det omvendte problem med at designe on-demand højtydende permanente magneter.

For eksempel, når forskere indtaster de magnetiske egenskaber, der kræves til en specifik applikation (f.eks. trækkraft eller variabel magnetisk kraftmotor), vil en datadrevet forskningspipeline med integrerede digitale tvillinger være i stand til at foreslå den optimale sammensætning, behandlingsbetingelser og mikrostruktur af magneten til den applikation, hvilket reducerer udviklingstiden markant.

Flere oplysninger: Anton Bolyachkin et al., Tomografi-baseret digital tvilling af Nd-Fe-B permanente magneter, npj Computational Materials (2024). DOI:10.1038/s41524-024-01218-5

Leveret af National Institute for Materials Science