クリティカルマテリアルズ研究所がより安価な3Dプリント磁石を開発

クリティカルマテリアルズ研究所がより安価な3Dプリント磁石を開発
3D プリントは、プラスチックや純粋な金属から何かを製造することから、考えられるほぼすべての業界で使用されている多岐にわたる技術です。しかし、導電性や磁性などの特殊な特性を持つ材料が作られるのは、まだ遠い先のことかもしれない。多くの研究者が磁石を3Dプリントするさまざまな方法を開発してきましたが、この分野に貢献した最新の組織は、米国エネルギー省のクリティカルマテリアル研究所(CMI)です。同研究所は、3Dレーザー金属プリントを使用して永久磁石材料を最適化しており、特定の用途で使用される高価な希土類ネオジム鉄ボロン(NdFeB)磁石のより経済的な代替品になる可能性があると考えています。 CMI が使用する合金は、安価で希少な希土類元素であるセリウムのほか、コバルト、鉄、銅で構成されています。研究者たちはさまざまなサンプルを3Dプリントし、さまざまな構成を披露した。


「これは磁石として知られている物質だが、我々はこれを新たな視点から調べ、より優れた磁気特性を持つ物質が見つかるかどうかを調べたかった」とCMIの科学者ライアン・オット氏は語った。 「4 つの要素があれば、選択できるピースの数は膨大です。3D プリントを使用することで、検索プロセスが大幅に加速されました。」従来の製造方法では磁石の製造に数週間かかる場合がありますが、3D プリントでは 2 時間しかかかりません。研究者たちは最も有望なサンプルを特定し、伝統的な鋳造方法を使用して2番目のサンプルセットを作成し、元のサンプルと比較して、それらの違いを確認しました。
「レーザー印刷を使用してバルク材料内の潜在的な永久磁石相を特定することは、必要な微細構造を開発する必要があるため、非常に困難です」と、CMI の科学者である Ikenna Nlebedim 氏は述べています。「しかし、この研究は、付加製造が永久磁石合金を迅速かつ経済的に製造するための効果的なツールになり得ることを示しています。」 ”

この研究は、F. Meng、R.P. Chaudhary、K. Ganhda、I.C. Nlebedim、A. Palasyuk、E. Simsek、M.J. Kramer、および R.T. Ott による「永久磁石用途の Ce-Co-Fe-Cu システムの迅速な評価」と題する論文にまとめられています。 「レーザーで生成された溶融池にさまざまな比率の合金粉末を加えることで、レーザーエンジニアリングネットフォーミング(LENS)によって、制御された組成を持つバルクサンプルの配列が合成されました」と論文は説明しています。 「LENS プリントされたサンプルの磁気評価に基づき、Ce (16 原子%) と Cu (19 原子%) の含有量を一定に保ちながら、異なる Fe (5-20 原子%) と Co (60-45 原子%) の組成を持つアーク溶解および鋳造インゴットを準備しました。さまざまな化学組成の微細構造と相の変化、およびそれらの磁気特性への依存性を、鋳造直後のサンプルと熱処理されたサンプルで分析しました。LENS プリントされたサンプルと鋳造サンプルの両方で、最高の磁気特性は主に単相の Ce(CoFeCu)5 微細構造に対応し、微細構造を改良しなくても高い保磁力 (Hc>10kOe) を達成できることがわかりました。」
クリティカル マテリアル インスティテュートは、DOE のエイムズ研究所が主導し、エネルギー効率および再生可能エネルギー局内の先進製造局が支援するエネルギー イノベーション センターです。 CMI は、クリーンエネルギーにとって現在不可欠となっている希土類金属やその他の材料への依存を減らす、あるいはなくす方法を研究しています。
出典: 中国3Dプリンティングネットワーク
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