Dergelijke simulaties hebben licht geworpen op microstructurele kenmerken die de coërciviteit belemmeren, die de weerstand van een magneet tegen demagnetisatie in tegengestelde magnetische velden kwantificeert. Er wordt verwacht dat nieuwe op tomografie gebaseerde modellen richting zullen geven aan de ontwikkeling van duurzame permanente magneten met ultieme prestaties.

Groene stroomopwekking, elektrisch transport en andere hightech-industrieën zijn sterk afhankelijk van krachtige permanente magneten, waarvan de Nd-Fe-B-magneten de sterkste en meest gevraagde zijn. De coërciviteit van industriële Nd-Fe-B-magneten ligt tot nu toe ver onder de fysieke limiet. Om dit probleem op te lossen kunnen micromagnetische simulaties op realistische modellen van de magneten worden gebruikt.

In dit onderzoek wordt een nieuwe benadering voorgesteld om de echte microstructuur van ultrafijnkorrelige Nd-Fe-B-magneten in grootschalige modellen te reconstrueren, nu gepubliceerd in het tijdschrift npj Computational Materials .

Concreet kunnen de tomografische gegevens van een reeks 2D-beelden verkregen door scanning-elektronenmicroscopie (SEM) in combinatie met consistent gefocusseerd ionenbundel (FIB) polijsten worden omgezet in een hoogwaardig 3D-eindige-elementenmodel.

Deze op tomografie gebaseerde aanpak is universeel en kan worden toegepast op andere polykristallijne materialen, waarmee een breed scala aan materiaalwetenschappelijke problemen wordt aangepakt.

Micromagnetische simulaties op de op tomografie gebaseerde modellen reproduceerden de coërciviteit van ultrafijnkorrelige Nd-Fe-B-magneten en verklaarden het mechanisme ervan. De microstructurele kenmerken die relevant zijn voor de coërciviteit en kernvorming van de omkering van de magnetisatie werden onthuld.

Het ontwikkelde model kan dus worden beschouwd als een digitale tweeling van Nd-Fe-B-magneten:een virtuele representatie van een object dat is ontworpen om de fysica ervan nauwkeurig weer te geven.

De voorgestelde digitale tweelingen van de Nd-Fe-B-magneten zijn nauwkeurig genoeg om zowel de microstructuur als de magnetische eigenschappen te reproduceren die kunnen worden geïmplementeerd voor het omgekeerde probleem bij het ontwerpen van on-demand hoogwaardige permanente magneten.

Wanneer onderzoekers bijvoorbeeld de magnetische eigenschappen invoeren die nodig zijn voor een specifieke toepassing (bijvoorbeeld een tractiemotor of een motor met variabele magnetische kracht), kan een datagestuurde onderzoekspijplijn met geïntegreerde digitale tweelingen de optimale samenstelling, verwerkingsomstandigheden en microstructuur van de componenten voorstellen. de magneet voor die toepassing, waardoor de ontwikkeltijd aanzienlijk wordt verkort.

Meer informatie: Anton Bolyachkin et al, op tomografie gebaseerde digitale tweeling van Nd-Fe-B permanente magneten, npj Computational Materials (2024). DOI:10.1038/s41524-024-01218-5

Aangeboden door het Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen