تقدم دراسة جديدة حول عملية تبلور سبائك Finemet المصنعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد خارطة طريق لتطوير إنتاج المكونات المغناطيسية اللينة من الزجاج المعدني. تحظى الزجاج المعدني، أو المعادن غير المتبلورة، باهتمام كبير بسبب مزيجها من القوة الميكانيكية، ومقاومة التآكل، والخصائص المغناطيسية. تتمتع سبائك Finemet بإمكانات خاصة في تطبيقات الطاقة مثل المحولات، والملفات الحثية، والمحركات الكهربائية. ومع ذلك، فإن الحفاظ على البنية غير المتبلورة أو النانوية البلورية عند تصنيع مكونات ضخمة بأشكال هندسية معقدة يشكل تحديًا، مما يحد من استخدامها على نطاق واسع.
تقدم التصنيع بالإضافة، وخاصة صهر مسحوق الليزر في الفراش (LPBF)، بديلاً للتقنيات التقليدية، ولكن ظروفه الحرارية القصوى قد تؤدي إلى تبلور البنية المجهرية للحديد والسيليكون في Finemet. يلعب حجم وانتشار ونوع الطور البلوري دورًا حاسمًا في الكفاءة المغناطيسية، والمقاومة الكهربائية، والسلوك الميكانيكي للمكون النهائي، وبالتالي فإن التحكم الدقيق في البنية النانوية البلورية أمر بالغ الأهمية لتحسين الأداء المغناطيسي اللين. تقول سوميا ساداناند، المؤلفة الرئيسية للدراسة من معهد IMDEA للمواد: "إن فهم آليات التبلور هذه أمر بالغ الأهمية لاستقرار وأداء الزجاج المعدني، ويساعد في توسيع نطاق فائدته ودمجه في أنظمة عالية الأداء ومعقدة."
كجزء من مشروع AM2SoftMag الأوروبي ضمن برنامج Horizon، أظهرت الدراسة المنشورة مؤخرًا في مجلة "Additive Manufacturing" أن الباحثين، باستخدام استراتيجية مسح مزدوجة وتغيير سرعة المسح، تمكنوا من تخصيص الظروف الحرارية أثناء عملية الطباعة وتحليل تأثيرها على البنية المجهرية. وجدت الدراسة أن البلورات الدقيقة المتكونة أثناء عملية التصنيع بالإضافة كانت أكبر وأقل تجانسًا من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة التلدين التقليدية لشرائط الصهر، حيث تراوحت أحجامها من عشرات إلى مئات النانومترات، وهو ما يُعزى إلى الظروف الحرارية المحلية والمتقلبة المتأصلة في العملية. يحدث التبلور إما أثناء التصلب السريع لحوض الانصهار أو في المنطقة المتأثرة حرارياً بمسح الليزر اللاحق.
وتشير ساداناند: "تُظهر هذه الدراسة أنه عند استخدام LPBF لتصنيع مركبات نانوية بلورية-غير متبلورة مناسبة لمكونات المحركات السلبية، يجب اختيار المعلمات لتقليل معدل التبريد، مما يزيد من معدل التكوين النووي، ويمنع تشكل حبيبات كبيرة، ويحد من البلورات النانوية في المنطقة المتأثرة حرارياً." كما وجد الباحثون أن كمية صغيرة من الأشكال الشجرية تتشكل أثناء تصلب حدود حوض الانصهار، ويقل حجمها مع زيادة معدل التبريد. وتختتم ساداناند قائلة: "بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على التأثير القوي للتدرجات الحرارية وديناميكيات التبريد على آليات التكوين النووي والنمو."
أُجريت هذه الدراسة من قبل مجموعة أبحاث المعادن المستدامة في معهد IMDEA للمواد تحت إشراف البروفيسورة تيريزا بيريز برادو، مع مساهمات من الدكتور يانغ بياو بياو والدكتور ماركوس رودريغيز سانشيز، وبالتعاون مع زملاء من جامعة سارلاند، وجامعة الملك خوان كارلوس، وجامعة برلين التقنية.
