Nowoczesne technologie wytwarzania funkcjonalnych materiałów magnetycznych dla zastosowań elektro-mobilnych i medycznych

Numer: Techmatstrateg2/410941/4/NCBR/2019
Program/Konkurs: Techmatstrateg II 
Jednostka finansująca: NCBR
Kierownik projektu: dr inż. Maciej Kowalczyk
Funkcja: Konsorcjant
Czas realizacji: 2019-2022

Opis
Podstawowym celem projektu jest opracowanie i wprowadzenie na rynek nowych technologii wytwarzania, nisko-stratnych magnetycznych podzespołów 3D do zastosowań elektro-mobilnych oraz medycznych. Nowe technologie będą dotyczyły wytwarzania materiałów magnetycznych w formie rdzeni na podzespoły bierne (dławiki, transformatory), stojanów z materiałów o strukturze nanokrystalicznej oraz drukowanych magnetycznych materiałów z pamięcią kształtu. Nowymi produktami będą nisko-stratne transformatory i elementy indukcyjne oraz silniki PM BLDC ze stojanem nanokrystalicznym.

W celu realizacji założonego celu projektu zaplanowano trójetapowy plan działań obejmujący w pierwszym etapie zadania dotyczące zaprojektowania i opracowania technologii wytwarzania nowych materiałów magnetycznych wraz z ich pełną charakteryzacją. Wśród nowych technologii w zakresie wytwarzania rdzeni toroidalnych zastosowane będą m.in. metoda szybkiego schładzania stopu z fazy ciekłej w celu otrzymania szkieł metalicznych w postaci taśm i dalej ich ultraszybka obróbka cieplna z zastosowaniem technik grzania przelotowego, blokowego czy oporowego.

Poznanie mechanizmów krystalizacji otrzymanych materiałów oraz poznanie korelacji kinetyki krystalizacji z właściwościami magnetycznymi pozwoli na opracowanie technologii wytwarzania wysokoinducyjnych i niskostratnych materiałów magnetycznie miękkich. W etapie tym zoptymalizowana zostanie również technologia wytwarzania metodą szybkiego schładzania stopu z fazy ciekłej domieszkowanych stopów Ni-Ma-Ga, pod kątem uzyskania materiałów charakteryzujących się najbardziej obiecującymi właściwościami i zakresem temperaturowym przemiany martenzytycznej. Otrzymane taśmy o najlepszych właściwościach będą dalej proszkowane mechanicznie i wykorzystane do otrzymania podzespołów masywnych poprzez prasowanie na gorąco bądź technikami przyrostowymi.

W drugim etapie projektu opracowane zostaną technologie wytwarzania magnetycznych proszków sferycznych metodą atomizacji gazowej w celu ich dalszego wykorzystania jako materiału wsadowego w procesie wytwarzania podzespołów masywnych techniką druku 3D poprzez topienie wiązką laserową. W ramach tego etapu we współpracy z partnerem przemysłowym opracowane zostaną dalej technologie wytwarzania wielożłobkowych stojanów z wykorzystaniem rdzeni drukowanych, prasowanych oraz pakietowanych z taśm. Opracowane zostaną również projekty silników bezszczotkowych i ustalone wymagane kształty elementów biernych tj. dławików i transformatorów. Ponadto zoptymalizowane zostaną również założenia technologiczne procesu druku 3D stopów Ni-Mn-Ga z pełną charakteryzacją ewolucji mikrostruktury i jej wpływu na właściwości użytkowe stopów. Ostatni etap projektu będzie dotyczył fazy przygotowania do wdrożenia.