Ученые НИТУ «МИСиС» предложили метод 3D-печати из магнитотвердых материалов, позволяющий создавать магниты с контролируемыми свойствами. В перспективе он позволит упростить и удешевить технологию создания постоянных магнитов сложной формы для различных приборов и устройств: от бытовой техники до высокотехнологичной электроники. При этом время производства таких магнитов значительно сокращается по сравнению с традиционными методами. Работа опубликована в журнале Materials Letters.
Постоянные магниты сохраняют магнитную силу продолжительное время. Самые популярные из них – на основе неодима, железа и бора – за счет своих исключительных свойств используются в самых разных отраслях и устройствах: для производства современных электродвигателей, генераторов, бытовой техники, электроники, жестких дисков компьютеров и многого другого.
Однако промышленное производство таких магнитов – это множество сложных технологических процессов (выплавка, дробление, прессование, спекание, механическая обработка, намагничивание и последующее нанесение защитного покрытия), имеющих массу существенных ограничений. Одно из них – невозможность создания магнитов сложной формы, что существенно ограничивает их применение в технике.
Одним из наиболее перспективных способов создания деталей сложной формы из магнитотвердых материалов является 3D-печать. Она позволяет исключить такие операции как прессование, спекание и последующую механическую обработку, что сократит количество технологических операций на 30%. Однако на сегодняшний день технологии аддитивного производства магнитов еще только в начальной стадии развития. Поскольку магнитные свойства изделия зависят от его микро- и макроструктуры, исследователи и разработчики находятся в поиске метода, позволяющего печатать стабильные магниты с контролируемыми свойствами.
Ученым НИТУ «МИСиС» удалось подобрать оптимальные параметры 3D-печати постоянных магнитов сложной формы методом селективного лазерного плавления – технологии, которую можно упрощенно описать как послойное сплавление лазером порошка-сырьевого материала в объемное изделие заданной формы.
«3D-печать магнитов – совершенно новая область не только в нашей стране, но и в мире. В настоящее время научные коллективы, которые умеют печатать магниты, можно пересчитать по пальцам. Мы успешно движемся вперед, к разработке новых импортозамещающих технологий 3D-печати практически любого металломатричного мультиматериала, который можно изготовить в виде порошка и который имеет температуру плавления до 3500 °C», – рассказал руководитель лаборатории «Катализ углеводородов» НИТУ «МИСИС» Александр Громов.
Основой для изготовления магнитов послужил порошок с частицами сферической формы на основе неодима, железа и бора с незначительным содержанием празеодима, кобальта, титана и циркония. Было установлено, что, при печати на стальной подложке, мощность лазера 150-200 Ватт и скорость сканирования 300-700 мм/с обеспечивают оптимальные условия производства магнита с минимальным количеством дефектов структуры. При этом время синтеза сократилось более чем в три раза по сравнению с традиционной промышленной технологией спекания.
Работа исследователей пока носит лабораторный характер, но в будущем предложенный метод может стать основой для технологий получения эффективных постоянных магнитов любой геометрической формы. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ 21-79-10239.
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
