3D打印非磁性粉末可賦予材料梯度磁性能

導(dǎo)讀：南極熊了解到，來自斯科爾科夫理工學(xué)院的科學(xué)家和他們的同事采用定向能量沉積的3D打印方法將兩種材料融合在一種合金中，這種合金的成分在樣品的一個(gè)區(qū)域和另一個(gè)區(qū)域之間不斷變化，從而賦予合金以梯度磁特性。盡管組成材料具有非磁性，但這種合金卻表現(xiàn)出了磁性，這項(xiàng)發(fā)表在《材料加工技術(shù)》雜志上的研究還為這一現(xiàn)象提供了一個(gè)理論解釋。

△研究中使用的3D打印機(jī)。資料來源：Oleg Dubinin等人《Journal of Materials Processing Technology》雜志

3D打印曾經(jīng)被認(rèn)為只是一種用于快速成型的新奇工具，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一種全面的工業(yè)技術(shù)，用于生產(chǎn)飛機(jī)零件、與病人匹配的植入物和假肢、珠寶和定制鞋，以及其他東西。

3D打印的主要優(yōu)勢是能夠生產(chǎn)具有非常復(fù)雜形狀的物體，這些物體用傳統(tǒng)的制造技術(shù)，如鑄造、軋制和沖壓，是不可能或太昂貴的。該技術(shù)還能使原型設(shè)計(jì)更快、風(fēng)險(xiǎn)更大，并在產(chǎn)品定制和生產(chǎn)數(shù)量方面具有更大的靈活性，還有一個(gè)額外的好處是減少浪費(fèi)。

3D打印的局限性之一是，它傾向于在生產(chǎn)的整個(gè)項(xiàng)目中使用一種同質(zhì)材料或混合物。然而當(dāng)改變物件的一部分和另一部分的成分后，它可以被賦予持續(xù)變化的特性。

這方面的一個(gè)例子是由兩種金屬組成的合金棒，其比例從100%的金屬A到一半，再到100%的金屬B，依次變化。只要有關(guān)金屬混合良好，不產(chǎn)生缺陷，桿的梯度特性（包括磁性特性）在技術(shù)上可能是有用的，例如，用于電機(jī)轉(zhuǎn)子、磁性編碼器的帶子或變壓器。

最近由Skoltech領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究的作者在《材料加工技術(shù)》雜志上報(bào)告了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們制造了這樣一種合金。它的兩個(gè)組成部分——上述金屬A和B本身就是合金：鋁青銅（銅、鋁和鐵）和海洋級不銹鋼（主要是鐵、鉻和鎳）。兩者在技術(shù)上都被稱為順磁性，或者用通俗的話說是 "非磁性"，也就是說，它們不會粘在磁鐵上。然而，當(dāng)它們以相同的比例混合時(shí)，所產(chǎn)生的合金變成了一種 "軟"鐵磁體。也就是說，它被 "硬"的鐵磁體所吸引，就像冰箱上的那個(gè)鐵磁體，但它本身并不成為一個(gè)鐵磁體。

這項(xiàng)研究的主要作者，來自Skoltech公司增材制造實(shí)驗(yàn)室的Oleg Dubinin說："我們使用這兩種順磁材料，用InssTek MX-1000 3D打印機(jī)制造了一種梯度合金。它采用了一種叫做定向能量沉積的技術(shù)，即從一個(gè)噴嘴沉積粉末狀材料，同時(shí)用激光將其熔化。由此產(chǎn)生的合金表現(xiàn)出鐵磁特性，其程度取決于兩種組成材料之間的比例。

該研究人員還表示："我們的研究還從理論上解釋了合金原子結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的鐵磁性能，雖然這兩種初始材料具有所謂的面心立方晶體結(jié)構(gòu)，但它們的結(jié)合導(dǎo)致了體心立方結(jié)構(gòu)�！�

在前者中，金屬原子位于假想立方體的四角和其表面。在后者中，有金屬原子在看不見的立方體的中心，而不是在其表面。這第二種排列方式使材料具有鐵磁特性。

斯科爾技術(shù)公司的主要研究科學(xué)家Stanislav Evlashin博士評論說："梯度軟磁合金可以在機(jī)器工程中找到應(yīng)用，例如在電動機(jī)中。我們的研究結(jié)果表明，定向能量沉積不僅是一種3D打印梯度材料的方法，也是一種發(fā)現(xiàn)新合金的方法。除此之外，該技術(shù)效率很高，甚至適合快速制造大尺寸零件�！�