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最新研究！德國(guó)馬普所破解高速電機(jī)機(jī)械載荷難題。

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2025-01-09  瀏覽次數(shù)：2742
軟磁材料（SMMs）對(duì)于高效應(yīng)用中的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換而言必不可少，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，使其面臨著日益增加的機(jī)械載荷條件。提高軟磁材料的屈服強(qiáng)度對(duì)于防止磁性能下降以及因塑性變形而失效至關(guān)重要，然而大多數(shù)軟磁材料的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)低于1GPa。近日，德國(guó)馬普所Dierk Raabe院士團(tuán)隊(duì)提出了一種多組元納米結(jié)構(gòu)化策略，通過熱處理中的變形和析出作用，在Fe-Ni-Co-Ta材料中引入形態(tài)各向異性的納米析出相，從而實(shí)現(xiàn)了軟磁材料屈服強(qiáng)度的倍增。

研究人員設(shè)計(jì)了一種塊狀多組元軟磁材料，其具備以下力學(xué)性能：強(qiáng)度達(dá)2GPa，延展性良好(12%)，飽和磁化強(qiáng)度高(115Am²· kg?¹)，矯頑力相對(duì)較低(0.36kA·m?¹)以及電阻率高(62.5μΩ·cm)。通過構(gòu)建形態(tài)各向異性且共格的納米析相來實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，這些析出相在空間尺寸、分布形態(tài)、化學(xué)成分以及共格應(yīng)力方面都經(jīng)過了優(yōu)化。運(yùn)用跨越多個(gè)長(zhǎng)度尺度的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及計(jì)算探測(cè)手段，揭示了該材料的磁學(xué)性能以及相應(yīng)的磁化機(jī)制。多種力學(xué)強(qiáng)化和增韌機(jī)制與軟磁特性相結(jié)合，產(chǎn)生了多功能的性能特征。強(qiáng)化機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式不會(huì)干擾磁疇壁運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)和了原本相互排斥的材料設(shè)計(jì)目標(biāo)。這類多組元合金廣闊且近乎無限的成分空間以及非平衡納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，對(duì)于開發(fā)高能效軟磁材料至關(guān)重要，這些軟磁材料能夠承受嚴(yán)苛的機(jī)械載荷條件，同時(shí)又不會(huì)犧牲其低磁滯損耗的特性。

盡管引入高數(shù)量密度且不同類型的晶格缺陷會(huì)導(dǎo)致矯頑力適度升高，但這種材料設(shè)計(jì)理念為那些優(yōu)先考慮機(jī)械強(qiáng)度而非最小矯頑力的高效機(jī)電能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了一種新途徑，特別適用于在使用或制造過程中暴露于嚴(yán)重離心機(jī)械載荷下、承受高機(jī)械應(yīng)力的磁性部件。對(duì)于這些部件而言，傳統(tǒng)軟磁材料在機(jī)械性能方面要么太脆要么太軟，因此，它們往往會(huì)被應(yīng)用到電動(dòng)汽車電機(jī)、高速飛輪儲(chǔ)能裝置等面臨惡劣且動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷下、對(duì)軟磁部件需求較高的系統(tǒng)中。

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