Critical Materials Institute ( CMI ) ottimizza un materiale a magnete permanente

La stampa 3D è una tecnologia eclettica, utilizzata per applicazioni in quasi tutti i settori che si possono immaginare. Ha fatto molta strada dall’essere semplicemente in grado di fare cose di plastica o di metallo puro, e ha iniziato a essere usato per produrre materiali con proprietà speciali come la conduttività e il magnetismo. Molti ricercatori hanno sviluppato diversi modi per ottenere magneti dalla stampa 3D,  e l’ultima organizzazione a contribuire al campo è il Critical Materials Institute ( CMI ) del Department of Energy degli Stati Uniti .

CMI ha utilizzato la stampa laser 3D per ottimizzare un materiale a magnete permanente che, secondo l’istituto, potrebbe essere un’alternativa più economica ai costosi magneti al neodimio di ferro (NdFeB) a terre rare utilizzati per alcune applicazioni. La lega utilizzata da CMI era composta da cerio, una terra rara meno costosa e abbondante, oltre a cobalto, ferro e rame. I ricercatori hanno stampato in 3D vari campioni che dimostrano una vasta gamma di composizioni.

“Si trattava di un materiale magnete conosciuto, ma volevamo rivisitarlo per vedere se potessimo trovare proprietà magnetiche eccezionali”, ha detto lo scienziato della CMI Ryan Ott. “Con quattro elementi, c’è un vasto spazio di composizioni da cercare. La stampa 3D accelera enormemente il processo di ricerca”.
Possono essere necessarie settimane per produrre magneti usando metodi di produzione convenzionali, ma la stampa 3D di una serie di questi ha richiesto solo due ore. I ricercatori hanno identificato i campioni con le proprietà più promettenti, quindi hanno realizzato una seconda serie di campioni utilizzando metodi di fusione convenzionali e li hanno confrontati con gli originali. Questi hanno confermato i risultati dei campioni stampati in 3D.

“È molto difficile utilizzare la stampa laser per identificare potenziali fasi di magneti permanenti per materiali sfusi a causa della necessità di sviluppare la microstruttura necessaria”, ha affermato la scienziata della CMI Ikenna Nlebedim. “Ma questa ricerca dimostra che la produzione additiva può essere utilizzata come uno strumento efficace per identificare rapidamente ed economicamente promettenti leghe di magneti permanenti.”
La ricerca è stata documentata in un documento dal titolo “Rapida valutazione del sistema Ce-Co-Fe-Cu per applicazioni magnetiche permanenti” a cui è possibile accedere qui . Gli autori includono F. Meng, RP Chaudhary, K. Ganhda, IC Nlebedim, A. Palasyuk, E. Simsek, MJ Kramer e RT Ott.

“Le matrici di campioni di massa con composizioni controllate sono state sintetizzate tramite LENS (Engine Netering Shaping) laser alimentando diversi rapporti di polveri di lega in un pool di fusione creato da un laser”, spiega il documento. “Sulla base della valutazione delle proprietà magnetiche dei campioni stampati LENS, i lingotti fusi ad arco e colati sono stati preparati con varie composizioni Fe (5-20 at)% e Co (60-45 at.%) Mantenendo costante Ce ( 16 at.%) E Cu (19 at.%) Contenuto. L’evoluzione della microstruttura e delle fasi con varie composizioni chimiche e la loro dipendenza dalle proprietà magnetiche sono analizzate in campioni pressofusi e trattati termicamente. In entrambi i campioni stampati e colati LENS, troviamo che le migliori proprietà magnetiche corrispondono a una  microstruttura di Ce (CoFeCu) prevalentemente monofase 5 in cui alta coercività (H c  > 10 kOe) può essere raggiunto senza alcun raffinamento microstrutturale. ”
Il Critical Materials Institute è un Dipartimento di Hub per l’innovazione energetica guidato dal laboratorio Ames del DOE e supportato dall’Ufficio di produzione avanzata Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. CMI ricerca modi per ridurre o eliminare la dipendenza da metalli delle terre rare e altri materiali attualmente critici per l’energia pulita.

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