Novel amorphous and nanocrystalline fe-based soft magnetic powders produced by gas atomisation

Resumen

En la actualidad, el sector industrial se está enfrentando a desafíos cada vez más grandes con respecto a la explotación de recursos naturales y el problema medioambiental. Dos de las mayores preocupaciones son el uso más eficiente de materiales y la reducción simultánea de la cantidad de energía consumida y gases contaminantes. En este contexto, los materiales magnéticos blandos han sido ampliamente estudiados debido a que son utilizados en diversos sectores industriales y en numerosas aplicaciones; la producción de estos materiales alcanza el 40% del mercado total de materiales magnéticos y están presentes en: aparatos eléctricos y electrónicos, la industria de telecomunicaciones, la conversión y transporte de energía, el sector automotriz, entre otros. En la última década, el sector eléctrico y electrónico ha aumentado exponencialmente su producción debido al uso masivo de dispositivos tecnológicos, así como la tendencia a estar totalmente conectado. Esto ha motivado a investigadores e industrias a buscar nuevos y más eficientes materiales magnéticos blandos. Dentro de este grupo de materiales, las aleaciones amorfas y nanocristalinas ricas en Fe son una de las más utilizadas debido a que exhiben superiores propiedades magnéticas blandas (elevada magnetización de saturación y coercitividades y pérdidas muy bajas). Sin embargo, la producción de materiales amorfos basados en Fe no es sencilla; consiste en un proceso de solidificación rápida, que requiere en algunos casos velocidades de enfriamiento superiores a 104 K/s. Por esta razón, durante muchos años el principal proceso de fabricación ha sido el hilado por fusión. Este proceso produce cintas delgadas que se utilizan masivamente para fabricar dispositivos electrónicos, así como otros componentes. No obstante, existen algunas dificultades que deben ser abordadas; la geometría de las cintas delgadas dificulta la fabricación de componentes, especialmente cuando se requieren geometrías complejas. Este problema ha llevado a investigadores a explorar nuevos materiales y nuevos procesos de fabricación, siendo una de ellas la atomización con gas. La atomización con gas es un proceso de producción que convierte un flujo de metal fundido en pequeñas gotas, que luego son solidificadas en forma de partículas esféricas. Las altas velocidades de enfriamiento alcanzadas durante el proceso de solidificación, las elevadas tasas de producción y las características del producto hacen que este proceso sea muy atractivo a la hora de producir materiales amorfos. De hecho, hoy en día se está considerando como un posible sustituto de los procesos convencionales. Con el fin de abordar el problema descrito anteriormente y aumentar los conocimientos en esta materia, esta tesis presenta interesantes resultados relacionados con la producción de nuevas aleaciones amorfas base Fe mediante atomización con gas. Los polvos atomizados son sometidos a diferentes recocidos fin de estudiar los fenómenos de relajación y cristalización. Además, tras optimizar el proceso de recocido, los polvos nanocristalinos, relajados y atomizados son utilizados como materias primas para la fabricación de núcleos magnéticos, que posteriormente son caracterizados en condiciones reales funcionamiento. Los polvos atomizados revelan excelentes propiedades magnéticas blandas, que son mejoradas aún más con adecuados tratamientos térmicos. Los núcleos magnéticos exhiben un comportamiento extraordinario a alta frecuencia, lo que en otras palabras significa que las pérdidas a altas frecuencias son comparativamente menores que la de otros materiales estudiados por otros autores. Además, el análisis de los resultados obtenidos ha permitido al autor de esta tesis establecer tres condiciones para la formación de estructuras amorfas en aleaciones de Fe-Si-B. Todos estos resultados se presentan y proponen con el objetivo de considerar el proceso de atomización con gas como una excelente alternativa para producir materiales amorfos.