Espanha IMDEA Materials: vidro metálico de baixas perdas impresso em 3D

De acordo com pt.wedoany.com-Em 17 de setembro, o IMDEA Materials Institute, de Espanha, divulgou os mais recentes resultados de investigação do projeto europeu AM2SoftMag. A equipa do projeto conseguiu produzir com sucesso um material de vidro metálico à base de ferro totalmente amorfo através do processo de fusão em leito de pó por laser (LPBF), com densidade de conformação superior a 92% e coercividade magnética reduzida para 44 A/m, com o objetivo de aplicação em componentes magnéticos moles, como rotores e estatores de motores de alta eficiência. Os resultados da investigação foram publicados na revista Acta Materialia.

O novo material foi concebido pela equipa de investigação da Universidade de Saarland, na Alemanha, e a sua composição principal inclui ferro, silício, boro, nióbio e níquel, sem cobalto nem elementos de terras raras. A característica fundamental do material é a melhoria da resistência à devitrificação, permitindo formar uma espessura crítica máxima de cerca de 1 milímetro sem ocorrência de cristalização, aproximadamente 10 vezes superior à dos materiais comerciais similares existentes.

A equipa de metalurgia sustentável do IMDEA Materials foi responsável pela otimização dos parâmetros de fabrico por LPBF. Os investigadores adotaram uma estratégia de varrimento com laser duplo e estabeleceram intervalos de tempo controlados entre varrimentos consecutivos, a fim de reduzir o risco de cristalização causado pelos ciclos repetidos de aquecimento e arrefecimento durante o processo de fabrico aditivo. As amostras finalmente produzidas mantiveram uma estrutura completamente amorfa, alcançando simultaneamente uma densidade material superior a 92%.

A equipa de investigação também validou a estrutura do material através de difração de raios X, microscopia eletrónica e tomografia por sonda atómica. Os resultados dos testes mostraram que os elementos químicos apresentam uma distribuição aleatória no interior do material, sem formação de estruturas cristalinas evidentes, proporcionando uma base estrutural para a manutenção das propriedades magnéticas moles. A coercividade de 44 A/m agora obtida é um dos níveis de teste mais baixos atualmente alcançados para este tipo de vidro metálico à base de ferro impresso em 3D.

Quando o vidro metálico à base de ferro é utilizado em motores, visa principalmente as perdas por correntes de Foucault e as perdas por histerese nos materiais do núcleo magnético. No processo tradicional de LPBF, os ciclos térmicos repetidos de múltiplas camadas de laser tendem a provocar a cristalização do vidro metálico, enfraquecendo as suas propriedades magnéticas moles. Este estudo, ao ajustar simultaneamente a formulação da liga e o processo de impressão, permite que componentes magnéticos moles de formas complexas mantenham a estrutura amorfa após o fabrico aditivo.

O projeto AM2SoftMag é financiado pelo Conselho Europeu de Inovação através do programa HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN-01, com o número de projeto 101046870. As instituições participantes incluem a Universidade de Saarland, o IMDEA Materials, o Instituto Nacional de Investigação Metrológica de Itália e a Universidade Técnica de Berlim. A próxima fase do projeto centrar-se-á na redução de defeitos internos das peças impressas em 3D, na ampliação das dimensões de fabrico e da escala do processo, e na produção de protótipos de rotores e estatores de motores de alta eficiência com o novo material para validação de desempenho.