L'IMDEA Materials espagnol imprime en 3D un verre métallique à faibles pertes

fr.wedoany.com Rapport : Le 17 septembre, l'IMDEA Materials Institute d'Espagne a publié les derniers résultats de recherche du projet européen AM2SoftMag. L'équipe du projet a réussi à fabriquer un matériau en verre métallique à base de fer entièrement amorphe par le procédé de fusion laser sur lit de poudre (LPBF), avec une densité de formage supérieure à 92 % et une coercivité magnétique réduite à 44 A/m, destiné à des applications telles que les rotors et stators de moteurs à haut rendement et d'autres composants magnétiques doux. Les résultats de recherche associés ont été publiés dans « Acta Materialia ».

Le nouveau matériau a été conçu par l'équipe de recherche de l'Université de la Sarre en Allemagne, et ses principaux composants comprennent le fer, le silicium, le bore, le niobium et le nickel, sans cobalt ni éléments de terres rares. La caractéristique clé du matériau est l'amélioration de sa résistance à la dévitrification, permettant de former une épaisseur critique d'environ 1 millimètre au maximum sans cristallisation, soit environ 10 fois celle des matériaux commerciaux similaires existants.

L'équipe de métallurgie durable de l'IMDEA Materials est chargée d'optimiser les paramètres de fabrication LPBF. Les chercheurs ont adopté une stratégie de balayage à double laser, avec des intervalles de temps contrôlés entre les balayages successifs, afin de réduire le risque de cristallisation causé par les cycles répétés de chauffage et de refroidissement pendant le processus de fabrication additive. Les échantillons finalement obtenus conservent une structure entièrement amorphe tout en atteignant une densité matérielle supérieure à 92 %.

L'équipe de recherche a également validé la structure du matériau par diffraction des rayons X, microscopie électronique et tomographie par sonde atomique. Les résultats des tests montrent que les éléments chimiques sont répartis de manière aléatoire à l'intérieur du matériau, sans formation de structure cristalline évidente, ce qui fournit une base structurelle pour le maintien des propriétés magnétiques douces. La coercivité de 44 A/m obtenue cette fois-ci constitue l'un des niveaux de mesure les plus faibles actuellement pour ce type de verre métallique à base de fer imprimé en 3D.

Lorsque le verre métallique à base de fer est utilisé dans les moteurs, il cible principalement les pertes par courants de Foucault et les pertes par hystérésis dans les matériaux de noyau de fer. Dans le processus de fabrication LPBF traditionnel, les cycles thermiques répétés de multiples couches laser peuvent facilement provoquer la cristallisation du verre métallique, affaiblissant ses propriétés magnétiques douces. Cette étude, en ajustant simultanément la composition de l'alliage et le procédé d'impression, permet aux composants magnétiques doux de formes complexes de conserver une structure amorphe après la fabrication additive.

Le projet AM2SoftMag est financé par le Conseil européen de l'innovation dans le cadre du programme HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN-01, avec le numéro de projet 101046870. Les institutions participantes comprennent l'Université de la Sarre, l'IMDEA Materials, l'Institut national de recherche métrologique d'Italie et l'Université technique de Berlin. La prochaine phase du projet se concentrera sur la réduction des défauts internes des pièces imprimées en 3D, l'augmentation des dimensions de fabrication et de l'échelle du procédé, ainsi que la fabrication de prototypes de rotors et stators de moteurs à haut rendement à partir du nouveau matériau pour la validation des performances.