Магнитомягкие материалы (СММ), применяемые в электродвигателях, преобразуют энергию устойчивых ресурсов в электричество. Обычные СММ, используемые в настоящее время в промышленности, подвержены повреждениям при серьезных механических нагрузках. Исследователи из Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), Технического университета Дармштадта и Центрального южного университета Китая разработали новую стратегию проектирования, которая увеличивает срок службы SMM и прокладывает путь для передовых приложений, таких как высокоскоростные моторы. Они опубликовали свои недавние выводы в журнале Nature.

Внедрение наночастиц для повышения прочности и пластичности

«Текущая проблема, с которой мы сталкиваемся в обычных магнитомягких материалах, — это компромисс между магнитомягкостью, с одной стороны, и механической прочностью, с другой», — объясняет Люлиу Хань, докторант в MPIE и первый автор публикации. . Более высокая прочность материалов обычно достигается за счет реализации таких микроструктурных особенностей, как выделения и дефекты. В соответствии с современным уровнем техники введение этих наночастиц в магнитомягкие материалы будет ограничивать движение доменных стенок, тем самым уменьшая силу намагничивания. Ученые обнаружили, что размер наночастиц играет решающую роль как для механической прочности и пластичности магнитов, так и для их магнетизма.

«До сих пор предполагалось, что более мелкие наночастицы меньше взаимодействуют с доменными стенками и поэтому являются предпочтительными. Однако верно как раз обратное. Мы реализовали частицы, которые немного меньше ширины доменной стенки. уровень внутреннего напряжения, чтобы магнитные свойства не пострадали», — говорит Хан.

Многокомпонентная система сплавов для усовершенствованных мягких магнитов

Исследовательская группа реализовала эту идею дизайна в многокомпонентной системе сплавов, основанной на концепции сплава с высокой энтропией, содержащей железо, никель, кобальт, тантал и алюминий с многофункциональными свойствами, которые не характерны для обычных мягких магнитов, в основном ориентированных на магнитомягкие свойства. Кроме того, материалы на основе новой системы сплавов проще в производстве и имеют более высокий срок службы, чем обычные магнитные материалы.

«С помощью вычислительных расчетов и машинного обучения мы сейчас 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», — говорится в сообщении. Доктор Фернандо Маккари, научный сотрудник группы функциональных материалов Технического университета Дармштадта и второй автор публикации. Магнитные свойства были исследованы в Техническом университете Дармштадта, тогда как разработка состава и характеристика сплава были выполнены в MPIE.

Используемый здесь состав сплава служит модельной системой для многокомпонентных сплавов. Концепция использования многокомпонентных сплавов не ограничивается магнитомягкими материалами, а применима для перспективных сплавов с новыми и необычными сочетаниями функциональных и механических свойств.