非磁性粉末竟可3D打印磁性材料？！

来自Skoltech（该校是一所位于俄罗斯莫斯科、以英语授课的全球性研究生研究型大学，由多位全球知名的科学家与麻省理工学院合作创办）的科学家们使用3D打印机将两种材料融合在一种合金中，这种合金的成分可从样品的一个区域到另一个区域不断变化，赋予合金梯度磁性。尽管组成材料具有非磁性，但该合金却出现了惊人的变化——表现出磁性。这一现象的具体解释被发表在《MaterialsProcessingTechnology》上。

3D打印曾经被视为快速原型制作的新奇工具，现在已经发展成为成熟的工业技术，用于生产飞机零件、患者匹配的植入物和假肢、定制珠宝等。3D打印的主要优势是能够生产具有非常复杂形状的物体，这些形状要是用传统制造技术(如铸造、轧制和冲压)或者不可能、或者成本昂贵。该技术还可以实现更快、风险更大的原型制作，并在产品定制和规模生产方面具有更大的灵活性。此外还可以减少浪费、推动更可持续发展。

不可否认，3D打印也存在局限性，其中之一在于它倾向于在整个产品中使用一种均匀的材料或混合物。通过改变物品的一个部分到另一个部分的成分，该物品可以被赋予不断变化的属性。

这方面的一个典型例子是由两种金属的合金棒，合金中这两种金属的比例从100%的金属甲变为甲乙分别50%，再变为100%的金属乙，依此类推。假设所讨论的金属混合良好，不会产生缺陷，那么棒的梯度特性（包括磁性特性）在技术上则可行，可应用于电机转子、磁性编码器或变压器。

Skoltech领导的团队*近还在《JournalofMaterialsProcessingTechnology》上发表了一项研究成果，称他们在实验中生产了这样一种合金。它的两个组成部分——上面的金属A和B本身就是合金，分别是铝青铜合金(铜、铝和铁)和航海用不锈钢(主要是铁、铬和镍)。两者在技术上都被称为顺磁性（paramagnetic）的，或者通俗地说是“非磁性的”。也就是说，它们不会粘在磁铁上。然而，当它们以相等的比例混合时，得到的合金变成了“软”铁磁体。也就是说，它可被“坚硬”的铁磁体所吸引，但它本身不会变成铁磁体。

“我们使用这两种顺磁性材料，用InssTekMX-10003D打印机创建了一种梯度合金。它采用一种称为定向能量沉积（directedenergydeposition）的技术，从喷嘴沉积粉末材料，同时用激光熔化。这项研究的*作者、该校增材制造实验室的OlegDubinin说：“*终的合金显示出一定程度的铁磁性，这取决于两种成分材料之间的比例。我们还从原子结构的角度为合金中铁磁性的出现提供了理论解释。虽然这两种初始材料具有所谓的面心立方晶体（face-centeredcubiccrystal）结构，但它们的结合产生了体心立方（body-centeredcubic）结构。”

铝青铜、316L不锈钢、(Al-bronze)50(316L)50的EBSD反极图(IPF)。IPF图显示了样品的两个不同方向:垂直和沿构建方向，以及错误取向角分布。

在面心立方晶体中，金属原子分布于假想立方体角落里和表面上。在后者结构中，金属原子位于不可见立方体的中心，而不是在它们的表面。后者结构的排列赋予了材料铁磁性。

针对此研究的应用前景，研究的主要科学家PIStanislavEvlashin解释道：“梯度软磁合金可以在电机等机械工程中得以广泛应用。我们的发现表明，定向能量沉积不仅是3D打印梯度材料的一种方式，也是发现新合金的一种方式。此外，该技术效率极高，亦可适用于快速制造大尺寸零件。”

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