Új, olvasztásmentes módszer teszi hatékonyabbá a mágnesek gyártását

Egy új, olvasztást mellőző technika számos előnyt ígér az erős ipari mágneses anyagok gyártásában. Az Észak-Karolinai Egyetemen fejlesztett eljárás többek között gyorsabb előállítással és alacsonyabb energiafelhasználással kecsegtet. Ez azért előnyös, mert az ilyen anyagok iránti kereslet folyamatosan nő, hiszen kulcsfontosságú szerepet játszanak elektromos járművekben, szélturbinákban és robotikai eszközökben.

„Ahhoz, hogy mágnest gyártson, az ipar jelenleg a fémötvözet-porok szinterezésére támaszkodik, vagyis nagy hőmérsékleten és nagy nyomás alatt tömbösíti őket. Ez egy bonyolult, időigényes folyamat, amely rengeteg energiát igényel, és gyakran hibás mágneseket eredményez” – idézi a The Engineer Bharat Gwalanit, a hatékonyabb mágnesgyártást levezető tanulmány társszerzőjét. Az anyagtudománnyal foglalkozó adjunktus szerint a hibák abból erednek, hogy a hagyományos gyártási folyamat egyenetlen póruseloszlást okozhat az anyagon belül. „Ez azt jelenti, hogy a mágneses tulajdonságok is egyenetlenül oszlanak el az anyagban.”

A tudós azzal érvel a kutatás mellett, hogy a mágneses anyagok előállításához használt ritkaföldfémek „nagyon érzékenyen reagálnak az oxigénre”. Mivel az oxidáció rontja az anyag mágneses tulajdonságait, érdemes megvizsgálni másfajta eljárásokat, hátha azokkal javítható a mágnesek minősége.

A kutatók súrlódásos keveréssel kezdtek el kísérletezni. Az ötvözetport nyomás alá helyezett kamrába tették, majd forgó szerszámmal átkeverték. Az eljárás tesztelése során kiderült: a nyomás „anélkül szinterezi tömbbé a port, hogy az ötvözet megolvadna”.

„Mivel a fém nincs kitéve magas hőnek, és nem olvad meg, kevesebb oxidáció és kevesebb nem kívánt fázisátalakulás történik az anyagban. Ráadásul a nyomás, amit alkalmazunk, kisebb, mint egy megapascal, míg a hagyományos mágnesgyártás során több mint száz megapascalt használnak” – árulta el Gwalani.

A kutatók azt is megállapították, hogy a nyomás és a forgatás alkalmazásával a terhelés egyenletesen oszlik el az anyagban, ráadásul a módszernek köszönhetően a tömbösítéshez szükséges hő az ötvözetpor-részecskék súrlódásából keletkezik, vagyis a hő pontosan ott jelenik meg, ahol szükség van rá a szemcsék tömbbé olvasztásához, és „nem úgy, mint a hagyományos eljárásokban, ahol külső hőforrással melegítik az anyagot.” A nyomás, a forgatás és a súrlódásos melegítés kombinációja révén a mágneses anyagban nincsenek zárványok vagy légbuborékok.

„Az eredmény egy gyorsabb gyártási módszer, amely kevesebb energiát igényel, és erős, állandó mágneseket hoz létre kevesebb oxidációval, valamint egyenletes mágneses tulajdonságokkal” – mondta Gwalani. „Most, hogy sikerült pórusmentesen tömbösíteni a mágneses anyagokat, kísérletezünk új generációs mágnesek fejlesztésével, amelyek nem mágneses kötőanyagokat is tartalmaznak. A célunk olyan erős, állandó mágnesek létrehozása, amelyek jobb fizikai tulajdonságokkal bírnak, és kevésbé függnek nehezen hozzáférhető ritkaföldfémektől.”

Gábor János, NEW technology