Los materiales magnéticos blandos (SMM) aplicados en los motores eléctricos transforman la energía de los recursos sostenibles en electricidad. Los SMM convencionales, que se utilizan actualmente en la industria, son propensos a sufrir daños bajo cargas mecánicas severas. Investigadores del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), la Universidad Técnica de Darmstadt y la Universidad Central del Sur, China, han desarrollado una nueva estrategia de diseño que aumenta la vida útil de los SMM y allana el camino para aplicaciones avanzadas como alta velocidad motores Publicaron sus hallazgos recientes en la revista Nature .

Introducción de nanopartículas para aumentar la resistencia y la ductilidad

"El problema actual al que nos enfrentamos con los materiales magnéticos blandos convencionales es el equilibrio entre ser magnéticos blandos por un lado y mecánicamente fuertes por el otro", explica Liuliu Han, investigador doctoral del MPIE y primer autor de la publicación. . Por lo general, se logra una mayor resistencia en los materiales mediante la implementación de características microestructurales, como precipitaciones y defectos. Según el estado de la técnica, la introducción de estas nanopartículas en materiales magnéticos blandos fijará el movimiento de las paredes del dominio y, por lo tanto, disminuirá la fuerza de magnetización. Los científicos descubrieron que el tamaño de las nanopartículas juega un papel crucial tanto para la resistencia mecánica y la ductilidad de los imanes como para su magnetismo.

"Hasta ahora se suponía que las nanopartículas más pequeñas interactúan menos con las paredes del dominio y, por lo tanto, se prefieren. Sin embargo, es todo lo contrario. Implementamos partículas que están ligeramente por debajo del ancho de la pared del dominio. Este engrosamiento significa un área de superficie específica más pequeña y reducción el nivel de tensión interna para que las propiedades magnéticas no se vieran afectadas", dice Han.

Sistema de aleación multicomponente para imanes blandos avanzados

El equipo de investigadores realizó esta idea de diseño en un sistema de aleación multicomponente, derivado del concepto de aleación de alta entropía, que contiene hierro, níquel, cobalto, tántalo y aluminio con propiedades multifuncionales, lo que no es común para los imanes blandos convencionales que se centran principalmente en propiedades magnéticas blandas. Además, los materiales basados ​​en el nuevo sistema de aleación son más fáciles de fabricar y tienen una mayor vida útil que los materiales magnéticos convencionales.

"Con la ayuda de los cálculos computacionales y el aprendizaje automático, ahora estamos tratando de encontrar formas de reducir el costo de la aleación propuesta reduciendo la cantidad de elementos costosos que contienen, como el cobalto, y encontrando sustitutos con propiedades similares", dice. Dr. Fernando Maccari, investigador postdoctoral en el grupo de Materiales Funcionales de TU Darmstadt y segundo autor de la publicación. Las propiedades magnéticas se investigaron en TU Darmstadt, mientras que el diseño de la composición y la caracterización de la aleación se realizaron en el MPIE.

La composición de aleación utilizada aquí sirve como sistema modelo para aleaciones multicomponente. El concepto de usar aleaciones multicomponente no se limita a materiales magnéticos blandos, sino que es aplicable a aleaciones avanzadas con combinaciones nuevas e inusuales de propiedades mecánicas y funcionales. + Explora más

Un mecanismo para diseñar aleaciones de alta entropía con propiedades magnéticas mejoradas