3D打印非磁性粉末可赋予材料梯度磁性能

导读：南极熊了解到，来自斯科尔科夫理工学院的科学家和他们的同事采用定向能量沉积的3D打印方法将两种材料融合在一种合金中，这种合金的成分在样品的一个区域和另一个区域之间不断变化，从而赋予合金以梯度磁特性。尽管组成材料具有非磁性，但这种合金却表现出了磁性，这项发表在《材料加工技术》杂志上的研究还为这一现象提供了一个理论解释。

△研究中使用的3D打印机。资料来源：Oleg Dubinin等人《Journal of Materials Processing Technology》杂志

3D打印曾经被认为只是一种用于快速成型的新奇工具，现在已经发展成为一种全面的工业技术，用于生产飞机零件、与病人匹配的植入物和假肢、珠宝和定制鞋，以及其他东西。

3D打印的主要优势是能够生产具有非常复杂形状的物体，这些物体用传统的制造技术，如铸造、轧制和冲压，是不可能或太昂贵的。该技术还能使原型设计更快、风险更大，并在产品定制和生产数量方面具有更大的灵活性，还有一个额外的好处是减少浪费。

3D打印的局限性之一是，它倾向于在生产的整个项目中使用一种同质材料或混合物。然而当改变物件的一部分和另一部分的成分后，它可以被赋予持续变化的特性。

这方面的一个例子是由两种金属组成的合金棒，其比例从100%的金属A到一半，再到100%的金属B，依次变化。只要有关金属混合良好，不产生缺陷，杆的梯度特性（包括磁性特性）在技术上可能是有用的，例如，用于电机转子、磁性编码器的带子或变压器。

最近由Skoltech领导的一项研究的作者在《材料加工技术》杂志上报告了一项实验，他们制造了这样一种合金。它的两个组成部分——上述金属A和B本身就是合金：铝青铜（铜、铝和铁）和海洋级不锈钢（主要是铁、铬和镍）。两者在技术上都被称为顺磁性，或者用通俗的话说是 "非磁性"，也就是说，它们不会粘在磁铁上。然而，当它们以相同的比例混合时，所产生的合金变成了一种 "软"铁磁体。也就是说，它被 "硬"的铁磁体所吸引，就像冰箱上的那个铁磁体，但它本身并不成为一个铁磁体。

这项研究的主要作者，来自Skoltech公司增材制造实验室的Oleg Dubinin说："我们使用这两种顺磁材料，用InssTek MX-1000 3D打印机制造了一种梯度合金。它采用了一种叫做定向能量沉积的技术，即从一个喷嘴沉积粉末状材料，同时用激光将其熔化。由此产生的合金表现出铁磁特性，其程度取决于两种组成材料之间的比例。

该研究人员还表示："我们的研究还从理论上解释了合金原子结构中出现的铁磁性能，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四角和其表面。在后者中，有金属原子在看不见的立方体的中心，而不是在其表面。这第二种排列方式使材料具有铁磁特性。

斯科尔技术公司的主要研究科学家Stanislav Evlashin博士评论说："梯度软磁合金可以在机器工程中找到应用，例如在电动机中。我们的研究结果表明，定向能量沉积不仅是一种3D打印梯度材料的方法，也是一种发现新合金的方法。除此之外，该技术效率很高，甚至适合快速制造大尺寸零件。“