Development of a novel method to obtain complex shaped magnetic structures for additive manufacturing

Kalıcı mıknatıslar yakın geçmişten günümüze kadar manyetik teypler, sabit disk sürücüleri, ses sürücüleri, biyomedikal ölçümleme araçları, elektrik motorları, hibrit arabalar, rüzgâr türbinleri gibi birçok alanda kritik bir yer kaplamaktadır. Dolayısıyla kullanılan kalıcı mıknatısın boyutu ve maliyeti, bu sektörler için üretilen ürünleri doğrudan etkilemektedir. Boyutunu belirleyen en önemli faktör mıknatısın manyetik enerji yoğunluğu, maliyeti belirleyen ise kullanılan malzemeye ulaşım ve malzemenin işlenmesi konusundaki zorluklardır. Günümüzde mıknatıs olarak en çok kullanılan malzemeler birkaçı neodimiyum demir boron (NdFeB), alüminyum nikel kolbalt (Alnico) ve ferrit olarak göze çarpmaktadır. Bunların arasından NdFeB yüksek manyetik enerji yoğunluğu ile sıyrılmaktadır. Ancak 2000'li yıllarda öne çıkmaya başlayan, neodimiyum gibi nadir toprak elementlerini elde edilmesindeki sıkıntılar sebebi ve NdFeB malzemesinin kırılgan yapısının sonucu numerik kontrol metotları ile işlenmesinin zorlu olması ilgili sektörleri yeni manyetik malzemeler konusunda bir arayışa itmiştir. Yarı kararlı bir demir nitrür fazı olan Fe16N2, gösterdiği manyetik özellikler sebebiyle son dönemde bu arayışa bir çare olma potansiyeli gösteren malzemelerden biridir. Bu tezin konusu olarak 3 farklı kolda araştırma yapılarak bahsedilen sorunlar için bir çözüm metodu geliştirilmeye çalışılmıştır. Birinci aşama olarak bilyeli öğütme ile elde edilmiş demir mikro-nano parçacıkları ile amonyak kullanılarak tüp fırında tavlanmış ve sonucunda elde edilen ürün XRD ve SEM analizleri ile incelenmiş, çıkan sonuçlar Fe16N2 fazının simülasyon sonucu elde edilmiş XRD verisi ile uyumluluk göstermiştir. Tezin konusu olan diğer konular bu parçacıkların üç boyutlu yazıcı ile basılmasına olanak sağlamak, manyetik alan darbesi ile basılan yapının eş yönsüzlüğünü ve manyetik enerjisini arttırmak yer almaktadır. Ancak nitrürleme sisteminin kurulması ve optimizasyonu esnasında bu konularda geri kalmamak için, kavramların tutarlılığını kanıtlama amacı ile ve sistemin Fe16N2 fazı elde edilmeden önce hazır olması adına manyetik alan darbesi devresi hazırlanmış ve bilyeli öğütme sonucu oluşan demir ve NdFeB parçacıklar ile üç boyutlu baskı denemeleri yapılmıştır. İki parçacık ile yapılan baskı denemeleri başarılı olmuştur, dolayısıya elde edilen Fe16N2 parçacıklarının da bu yöntemle basılması konusunda sorun yaşanmaması beklenmektedir.