von KeAi Communications Co.
Magnetostriktive Fe-Ga-Legierungen mit geringer Temperaturabhängigkeit, hoher Permeabilität und guten mechanischen Eigenschaften erfreuen sich unter den verschiedenen magnetostriktiven Materialien zunehmender Beliebtheit. Insbesondere polykristalline Fe-Ga-Legierungen bieten aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und niedrigen Produktionskosten ein breites Potenzial für Anwendungen wie Sensoren, Aktoren und Implantate.
Dennoch sind polykristalline Fe-Ga-Legierungen aufgrund ihrer inversen Beziehung zur magnetischen Anisotropie durch einen Kompromiss zwischen großer magnetostriktiver Spannung und hoher Empfindlichkeit eingeschränkt. Dies erfordert rasche Maßnahmen, um den Engpass zwischen magnetostriktiver Spannung und Empfindlichkeit für ein breiteres Anwendungsspektrum zu überwinden.
Die magnetostriktive Spannung von Fe-Ga-Legierungen ist eng mit der Korn- und Domänenstruktur verbunden, während die magnetostriktive Empfindlichkeit im Wesentlichen in der Leichtigkeit liegt, mit der sich magnetische Domänen während des Magnetisierungsprozesses bewegen können. Dieser Prozess unterliegt verschiedenen Faktoren, darunter Domänenstruktur, Versetzungsdichte und Korngrenzen.
In einer Studie veröffentlicht im Journal Fortschrittliche Pulvermaterialienhat eine Gruppe von Forschern aus China und Frankreich eine neuartige Strategie vorgeschlagen, um eine synergetische Verstärkung der magnetostriktiven Spannung und Empfindlichkeit in polykristallinen Fe-Ga-Legierungen zu erreichen.
„Zum ersten Mal wurde ein kombinierter Prozess aus Laserstrahl-Pulverbettfusion (LPBF) und Magnetfeldglühen (MFA) vorgeschlagen: polykristalline Fe-Ga-Legierungen mit bevorzugt ausgerichteten Körnern wurden mithilfe eines LPBF-Prozesses mit hohem Temperaturgradienten hergestellt“, erklärt einer der korrespondierenden Autoren der Studie, Chengde Gao, Professor an der Central South University. „Anschließend wurde eine MFA-Behandlung verwendet, um die Domänenstruktur und den Bewegungswiderstand magnetischer Domänen zu manipulieren.“
Das interdisziplinäre Team stellte fest, dass säulenförmig ausgerichtete Körner und 90°-Domänen, die durch LPBF und MFA entwickelt wurden, zur Erhöhung der effektiven magnetischen Anisotropiekonstante beitrugen, was zu einer Verbesserung der magnetostriktiven Spannung führte. Darüber hinaus wurde der Widerstand der magnetischen Domänenbewegung aufgrund der glatten Domänenstrukturen und der geringen Versetzungsdichte effektiv verringert, was eine fruchtbare Synergie zwischen magnetostriktiver Spannung und Empfindlichkeit zeigt.
„Dieser kombinierte Prozessablauf aus LPBF und MFA hat nicht nur den Engpass zwischen magnetostriktiver Spannung und Empfindlichkeit bei Fe-Ga-Legierungen überwunden, sondern auch die Herstellung unterschiedlicher Geometrien und Strukturen ermöglicht“, fügt Cijun Shuai hinzu, der leitende und Mitautor der Studie, ebenfalls Professor an der Central South University.
„Mit anderen Worten: Diese Studie könnte neue Erkenntnisse für die integrierte Herstellung magnetostriktiver Legierungen mit hoher Leistung und personalisierter Struktur bieten und so ein breiteres Spektrum potenzieller Anwendungen ermöglichen.“
Weitere Informationen:
Xiong Yao et al., Magnetostriktive Spannungs-Empfindlichkeits-Synergie für mittels Laserstrahl-Pulverbettschmelzen verarbeitete Fe81Ga19-Legierungen durch Magnetfeldglühen, Fortschrittliche Pulvermaterialien (2024). DOI: 10.1016/j.apmate.2024.100216
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