Международная группа исследователей, включившая специалистов из Германии и КНР, разработала новую стратегию проектирования, которая увеличивает долговечность и эффективность магнитомягких материалов, применяемых в передовых высокотехнологичных изделиях. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Так называемые «магнитомягкие материалы» (SMM) преобразуют энергию устойчивых ресурсов в электричество. Это, в частности, находит применение в передовых высокоскоростных электродвигателях. Но SMM, используемые в настоящее время в промышленности, в большой степени подвержены повреждениям при серьезных механических нагрузках.
Исследователи из Института Общества Макса Планка в Дюссельдорфе (MPIE), Технического университета Дармштадта и Центрального южного университета Китая в Чанша (провинция Хунань) разработали новую стратегию моделирования многокомпонентных сплавов, которая увеличивает характеристики и срок службы SMM.
«Текущая проблема, с которой мы сталкиваемся в обычных магнитомягких материалах, – это компромисс между его специфическими свойствами, с одной стороны, и механической прочностью, с другой», – отметил Люлиу Хань, докторант в MPIE и один из авторов исследования.
Более высокая прочность материалов обычно достигается за счет оптимизации его микроструктурных особенностей, таких как вкрапления и дефекты. При современном уровне технологий введение в магнитомягкие материалы наночастиц может стать решением как для механической прочности и пластичности магнитов, так и для их магнетизма. Но ученые обнаружили, что размер наночастиц при этом играет решающую роль.
«До сих пор предполагалось, что более мелкие наночастицы меньше взаимодействуют с внешними стенками и поэтому являются предпочтительными. Однако верно как раз обратное. Мы внедрили частицы, которые лишь немного меньше ширины доменной стенки, и смогли обеспечить такой уровень внутреннего напряжения материала, чтобы его магнитные свойства не пострадали», – пояснил Хань.
Группа исследователей реализовала эту идею в многокомпонентной системе сплавов, основанной на концепции «сплава с высокой энтропией», содержащем железо, никель, кобальт, тантал и алюминий с многофункциональными свойствами, которые позволили повысить комплексные характеристики обычных мягких магнитов. Кроме прочего, материалы на основе новой системы сплавов проще в производстве и имеют более высокий срок службы, чем традиционные материалы.
«Сейчас мы пытаемся найти способы снижения стоимости предлагаемого сплава за счет уменьшения количества содержащихся в нем дорогостоящих элементов, таких как кобальт, и поиска заменителей с аналогичными свойствами», – сообщил доктор Фернандо Маккари, научный сотрудник группы функциональных материалов Технического университета Дармштадта и один из авторов исследования.
Полученный состав сплава, по оценке исследователей, служит модельной системой для других типов многокомпонентных сплавов. Концепция их использования вполне применима для разработки различных перспективных сплавов с новыми и необычными сочетаниями функциональных и механических свойств.