Les matériaux magnétiques doux (SMM) appliqués dans les moteurs électriques transforment l'énergie des ressources durables en électricité. Les SMM conventionnels, qui sont actuellement utilisés dans l'industrie, sont susceptibles d'être endommagés sous des charges mécaniques sévères. Des chercheurs du Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), de l'Université technique de Darmstadt et de l'Université Central South, en Chine, ont développé une nouvelle stratégie de conception qui augmente la durée de vie des SMM et ouvre la voie à des applications avancées telles que le haut débit moteurs. Ils ont publié leurs découvertes récentes dans la revue Nature .

Introduire des nanoparticules pour augmenter la résistance et la ductilité

"Le problème actuel auquel nous sommes confrontés dans les matériaux magnétiques doux conventionnels est le compromis entre être magnétique doux d'une part, et mécaniquement fort d'autre part", explique Liuliu Han, doctorant au MPIE et premier auteur de la publication. . Une résistance plus élevée des matériaux est généralement obtenue grâce à la mise en œuvre de caractéristiques microstructurales telles que les précipitations et les défauts. Selon l'état de l'art, l'introduction de ces nanoparticules dans des matériaux magnétiques doux va bloquer le mouvement des parois du domaine et donc diminuer la force magnétisante. Les scientifiques ont découvert que la taille des nanoparticules joue un rôle crucial tant pour la résistance mécanique et la ductilité des aimants que pour leur magnétisme.

"Jusqu'à présent, on supposait que les nanoparticules plus petites interagissaient moins avec les parois du domaine et étaient donc préférées. Cependant, c'est plutôt le contraire qui est vrai. Nous avons implémenté des particules légèrement inférieures à la largeur de la paroi du domaine. Ce grossissement signifie une surface spécifique plus petite et une réduction le niveau de contrainte interne afin que les propriétés magnétiques ne soient pas affectées », explique Han.

Système d'alliage multicomposant pour aimants doux avancés

L'équipe de chercheurs a réalisé cette idée de conception dans un système d'alliage multicomposant, dérivé du concept d'alliage à haute entropie, contenant du fer, du nickel, du cobalt, du tantale et de l'aluminium aux propriétés multifonctionnelles, ce qui n'est pas courant pour les aimants doux conventionnels ciblant principalement les propriétés magnétiques douces. De plus, les matériaux basés sur le nouveau système d'alliage sont plus faciles à fabriquer et ont une durée de vie plus longue que les matériaux magnétiques conventionnels.

"Avec l'aide de calculs informatiques et d'apprentissage automatique, nous essayons maintenant de trouver des moyens de réduire le coût de l'alliage proposé en réduisant la quantité d'éléments coûteux contenant, tels que le cobalt, et en trouvant des substituts aux propriétés similaires", déclare Dr Fernando Maccari, chercheur postdoctoral dans le groupe des matériaux fonctionnels à la TU Darmstadt et deuxième auteur de la publication. Les propriétés magnétiques ont été étudiées à la TU Darmstadt, tandis que la conception de la composition et la caractérisation de l'alliage ont été réalisées au MPIE.

La composition d'alliage utilisée ici sert de système modèle pour les alliages multicomposants. Le concept d'utilisation d'alliages multicomposants ne se limite pas aux matériaux magnétiques doux, mais s'applique aux alliages avancés avec des combinaisons nouvelles et inhabituelles de propriétés fonctionnelles et mécaniques. + Explorer plus loin

Un mécanisme pour concevoir des alliages à haute entropie avec des propriétés magnétiques améliorées