由非磁性粉末3D打印的磁性材料

Skoltech 的科学家及其同事使用 3D 打印机将两种材料融合到一种合金中，该合金的成分从样品的一个区域到另一个区域不断变化，使合金具有梯度磁性。尽管组成材料具有非磁性，但合金仍表现出磁性。该研究发表在《材料加工技术杂志》上，还为这种现象提供了理论解释。

3D 打印一度被认为只是一种用于快速原型制作的新颖工具，如今已发展成为一种成熟的工业技术，用于生产飞机零件、与患者匹配的植入物和假肢、珠宝和定制鞋等。

3D 打印的主要优势是能够生产出形状非常复杂的物体，而这些物体是用传统制造技术(如铸造、轧制和冲压)不可能或太昂贵的。该技术还支持更快、更具风险的原型设计，并在产品定制和生产数量方面具有更大的灵活性。然后还有减少浪费的额外好处。

3D 打印的局限性之一是它倾向于在整个生产过程中使用一种均质材料或混合物。通过改变物品的一部分到另一部分的成分，它可以被赋予不断变化的属性。

一个例子是由两种金属的合金制成的杆，其比例从 100% 的金属 A 变为 550，变为 100% 的金属 B，依此类推。如果所讨论的金属混合良好，不会产生缺陷，则杆的梯度特性(包括磁性特性)可能在技术上有用，例如，用于电机转子、磁编码器带或变压器。

最近发表在《材料加工技术杂志》上的由Skoltech 主导的一项研究的作者报告了他们生产这种合金的实验。它的两个组成部分——上面的金属 A 和 B——本身就是合金：铝青铜(铜、铝和铁)和船用级不锈钢(主要是铁、铬和镍)。两者在技术上都被称为顺磁性或外行术语中的“非磁性”。也就是说，它们不会粘在磁铁上。然而，当它们以相等的比例混合时，所得合金结果是一种“软”铁磁体。也就是说，它被“硬”铁磁体吸引——就像冰箱上的那个——但它本身不会变成一个。

“我们使用这两种顺磁性材料通过 InssTek MX-1000 3D 打印机制造了一种梯度合金。它采用了一种称为定向能量沉积的技术，该技术涉及从喷嘴沉积粉末材料并同时用激光熔化。所得合金展示该研究的主要作者、来自 Skoltech 增材制造实验室的 Oleg Dubinin 说：“铁磁性能在一定程度上取决于两种组成材料之间的比例。”

“我们的研究还为合金在原子结构方面的铁磁特性的出现提供了理论解释，”研究人员继续说道。“虽然这两种初始材料具有所谓的面心立方晶体结构，但它们的结合导致了体心立方结构。”

在前者中，金属原子位于假想立方体的角落和它们的表面上。在后者中，在看不见的立方体的中心而不是在它们的表面上有金属原子。第二种排列使材料具有铁磁特性。

“梯度软磁合金可以应用于机械工程，例如电机，”Skoltech 的领先研究科学家 PI Stanislav Evlashin 评论道。“我们的研究结果表明，定向能量沉积不仅是 3D 打印梯度材料的一种方式，也是一种发现新合金的方式。除此之外，该技术非常高效，甚至适用于快速制造大型零件。”

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