Порошок для 3D-печати «умных» устройств
Сплавы с эффектом памяти формы, управляемым магнитным полем, могут сделать робототехнические актуаторы и сенсоры быстрее и точнее. Однако широкому применению таких материалов, в частности системы Co-Ni-Al, мешают две проблемы: высокая стоимость сферических порошков для аддитивных технологий и непредсказуемое изменение магнитных свойств при высокотемпературной обработке.
Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами из Научного парка СПбГУ и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН нашли способ обойти оба ограничения. В статье, опубликованной в журнале Materials Chemistry and Physics (Q1), они представили технологию получения порошка Co₃₇Ni₃₆Al₂₇ с регулируемыми магнитными характеристиками, пригодного для экструзионной 3D-печати.
Вместо дорогого газового распыления ученые применили механическое легирование (МА) — интенсивную обработку смеси элементарных порошков кобальта, никеля и алюминия в аттриторе. После 15 часов МА формируется неравновесная пересыщенная FCC-структура. Последующий отжиг превращает ее в нанокристаллическую смесь фаз β и γ, и именно этот переход позволяет управлять свойствами.
Авторы систематически исследовали влияние температуры (от 270 до 900°C) и времени выдержки на структуру и магнетизм. Главные результаты:
- Коэрцитивная сила Hc растет с увеличением температуры отжига, достигает пика вблизи 700°C (207 Э) и снижается при дальнейшем нагреве. Это напрямую связано с объемной кристаллизацией в интервале 637-664°C, зафиксированной на DSC-кривых.
- Размер областей когерентного рассеяния (CSR) для β-фазы увеличивается с 4±1 нм в исходном состоянии до 67±5 нм после отжига при 700°C. Температура влияет на рост кристаллитов сильнее, чем время выдержки.
- Насыщенная намагниченность Ms, напротив, снижается при формировании двухфазной структуры, а затем начинает расти при 900°C из-за уменьшения доли β-фазы.
Таким образом, изменяя параметры отжига, можно предсказуемо получать состояния с коэрцитивностью от 40 до 207 Э. Порошок после механического легирования имеет неправильную форму — для экструзионной печати это не препятствие, а в ряде случаев, как показано в литературе, позволяет достичь более высокой относительной плотности по сравнению со сферическими частицами.
