全密度高矯頑力的釹鐵硼磁體實現3D打印

     利用3D打印成型稀土永磁產品，可以實現複雜形狀產品的近淨成形，避免了稀土資源的浪費，但磁體的密度和磁性能遠低於粘結磁體和燒結磁體。小編最近在arXiv.org網站發現了一篇文章，報道了一種利用低熔點合金晶界擴散技術提升3D打印稀土永磁產品磁性能的方法。相關結果將有望推動3D打印在稀土永磁材料製造領域的產業化應用。

     3D打印技術作為一種“自下而上”的全新製造技術，在製造高精度複雜形狀器件方麵具有廣闊的應用前景。在稀土永磁體製造領域，3D打印技術也已被應用於粘接磁體的製造。但由於粘接磁體中含有大量的高分子粘接劑，導致磁體的密度和磁性能遠低於燒結磁體。因此，打印具有全密度的稀土永磁材料一直是增材製造技術近年來關注的熱點，也是打印高性能稀土永磁器件亟需解決的技術難題。奧地利的科研人員通過將3D打印技術和注入擴散技術相結合，成功解決了上述問題。

     來自維也納大學的Christian Huber等人以麥格昆磁公司的MQP-S球形粉(圖2a)為原料，利用一種被稱為激光粉末熔覆的3D打印技術首先製備了低密度的釹鐵硼磁體(圖2b和2c)。該磁體具有微孔結構和高比表麵積，有利於低熔點合金的注入擴散。為了製造出微孔道，他們通過參數的調控將此前的完全熔融工藝改為局部熔融燒結工藝，但仍能保證打印磁體具有完整的結構和良好的強度。整個打印過程在氧含量低於0.1%的氬氣中進行，粉末塗覆采用碳纖維毛刷，每層粉末的厚度為20 μm。為了保證散熱速度，試樣被直接打印在鋼板基體上，沒有額外的支撐結構。為了找到合適的製備工藝，他們對研究顆粒熔融軌跡的同時優化了激光功率P、掃描速度v、掃描間距，並引入Eline(=P/v)這一物理參數來優化製備工藝。研究發現，當P≥40W，Eline≥0.1 J/mm時，顆粒被完全熔融；當P=40W，Eline=0.0  3-0.07 J/mm時可以滿足局部熔融燒結的工藝要求。采用優化工藝製備的規格為5*5*5 mm3的立方打印磁體的密度，烘幹後能夠達到理論密度的65±2%，該致密度略高於MQP-S磁粉的壓實致密度(61.4%)。但由於打印磁體比表麵積大而且缺乏晶界富釹相，因而密度和矯頑力都比較低。

     為了解決這個問題，Huber等人引入了低熔點稀土合金注入擴散技術，將Nd70Cu30、Nd80Cu20、Nd60Al10 Ni10Cu20、Nd50Tb20Cu30等低熔點合金注入到釹鐵硼打印磁體的孔道中，結合後續的熱處理工藝，成功獲得了密度達到7.5 g/cm3以上的打印磁體，該密度已非常接近商業燒結釹鐵硼磁體的密度(7.5-7.7 g/cm3)。具體做法是：首先采用快淬工藝製備上述低熔點合金條帶，並將條帶破碎成片狀粉末顆粒。按照1:10的質量比將快淬粉覆蓋在3D打印磁體的表麵，隨後在真空和650 °C溫度條件下退火3小時，便能夠得到接近全密度的釹鐵硼3D打印磁體。同時，由於低熔點晶界富釹相或重稀土元素的注入，所製備磁體的矯頑力得到大幅提升，這為磁體的實際應用提供了可能性。

    【采用激光粉末熔覆技術製備的3D打印釹鐵硼磁體在注入不同低熔點稀土合金前後的磁滯回線。】

     此外，他們通過進一步分析還發現，采用孔道注入擴散低熔點Nd50Tb20Cu30的方法，不僅可以實現重稀土元素在晶粒表層形成(Nd, Tb)70Fe30B的殼層(圖4)，而且能夠將擴散溫度降低到650 °C，這一溫度顯著低於傳統的晶界擴散重稀土元素所需的850 °C以上的溫度條件。Huber等人所開發的這項技術為利用技術製造全密度、高矯頑力的釹鐵硼3D打印磁體提供了一種簡單可行的方法。

     該團隊的研究使3D打印全密度釹鐵硼磁體的夢想變成了現實，也讓製造複雜形狀磁體不再遙不可及，同時還能夠大幅節約寶貴的稀土資源。今後人類還會擁有什麽樣的“超級技術”？讓茄子视频在线观看免费下载APP一起憧憬未來，拭目以待！

     文章資料來源於網絡，由茄子视频在线观看免费下载APP磁鋼生產廠家小傅整理編輯。