Оптимальные условия 3D-печати постоянных магнитов из магнитотвердых соединений на основе редкоземельных металлов установили исследователи из Уральского федерального университета (УрФУ) и Уральского отделения (УрО) РАН, сообщает 6 октября пресс-служба УрФУ.

Разработка екатеринбургских ученых позволит запустить мелкосерийное производство магнитов произвольной формы с изменением химического состава и структуры изделия в процессе изготовления, создавая сложные конфигурации магнитов.

Ученые считают, что такие магниты будут востребованы в производстве миниатюрных электродвигателей и электрогенераторов, применяемых в кардиостимуляторах.

Достоинством аддитивной технологии является минимум производственных отходов при 30-процентном сокращении время производства сложных магнитов.

Технология и результаты ее экспериментального исследования представлены в статье «Фазовый состав и магнитные свойства магнитов (Sm, Zr)Fe₁₁Ti, полученных методом селективного лазерного плавления», опубликованной в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Сложные мелкие магниты востребованы в различных специализированных приложениях, в первую очередь медицинских. Однако их создание является непростой научной и технической задачей, для решения которой одним из наиболее перспективных способов является 3D-печать.

В примененном уральскими учеными методе аддитивного производства, для которого они определили оптимальные параметры 3D-печати, магнитный материал в виде порошка послойно спекается лазером в объемное изделие заданной формы по заранее созданной 3D-модели.

Такая технология дает возможность в процессе построения изделия менять внутренние свойства магнита почти на всех этапах производства, что не может обеспечить ни один другой метод даже в принципе.

Технология позволяет менять как химический состав соединения, так и степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры материала, влиять на коэрцитивную силу (устойчивость к размагничиванию).

Доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин пояснил:

«Производство маленьких магнитов — сложная задача. Сейчас их создают только путем разрезания большого магнита на части, из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор. Также при резке вносится большое количество дефектов в приповерхностный слой, из-за чего свойства магнита экстремально ухудшаются».

В отличие от традиционной механической обработки, аддитивные технологии позволяют избежать вышеперечисленных недостатков. При этом с их помощью можно изготавливать сложные магниты, например, с одним северным полюсом и двумя разнесенными в пространстве южными или сразу с пятью южными и пятью северными полюсами.

«Подобные конфигурации необходимы для кардиостимуляторов, в которых собрать ротор для электродвигателя из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом», — уточнил Незнахин.

Ученые смогли изготовить с помощью новой технологии тонкие, порядка одного миллиметра, постоянные магниты из порошка, содержащего самарий, цирконий, железо и титан. Их соединение имеет подходящие характеристики для постоянных магнитов, но при механической обработке большинство из его достоинств пропадает.

«При создании постоянных магнитов на основе данных соединений традиционными способами свойства готовых изделий далеки от теоретически предсказываемых. Мы выяснили, что при спекании образца добавление легкоплавкого порошка из сплава самария, меди и кобальта позволяет сохранить магнитные характеристики основного магнитного порошка. Этот сплав плавится при температурах более низких, чем изменяются свойства основного сплава, поэтому итоговый материал сохраняет коэрцитивную силу и плотность», — рассказал Дмитрий Незнахин.

Следующим этапом своей работы ученые намерены сделать исследование основных закономерностей формирования микроструктуры и магнитных свойств магнитотвердых материалов, а также определение наиболее перспективных из магнитных материалов для изготовления постоянных магнитов методом лазерного спекания.

В настоящее время они проверяют влияние метода спекания на свойства другой известной основы для магнитов — сплава неодима, железа и бора.

Ученые надеются усовершенствовать методику для изготовления объемных постоянных магнитов, пригодных для практических приложений.