Dr. Alina Crisan - Director proiect
Dr. Petru Palade
Dr. Ovidiu Crisan
Dr. Cristina Bartha
Dr. Felicia Tolea
Dr. Anda Stanciu
Dr. Andrei Kuncser
Drd. Aurel Leca

Rezumatul Etapei 1/2022:
Proiectul de fata propune dezvoltarea unei noi clase de magneti nanocompoziti si demonstrarea aplicabilitatii acestora in tehnologii de varf. Obiectivul general al proiectului este de a dezvolta magneți nanocompoziti, cu sisteme de fază L10, fara pamanturi rare, cu elemente mai puțin costisitoare, concepuți printr-o combinație de tehnici de non-echilibru, si de a obtine prin manufacturare aditiva un demonstrator cu forme specifice și performanță similare cu cele ale magnetilor cu pamanturi rare, validate în condiții de laborator, pentru aplicații de energie regenerabilă și aplicații de stocare a energiei. In cadrul proiectului, activitatile de cercetare aferente Etapei 1 au fost legate de sinteza sistemelor de nanocompozite magnetice, aliaje binare dar si ternare de compozitii MnAl si MnAl(C) realizate sub forma de pulberi nanostructurate si prelucrarea pulberilor prin tehnica de macinare cu bile, o tehnica de procesare si nanostructurare a materialelor in conditii de neechilibru termodinamic. In continuarea activitatilor preconizate a se desfasura in cadrul Etapei 1, s-au realizat activitati legate de prepararea aliajelor nanocompozite pe baza de MnAl/(FePt, Fe-Co, CoFeB) prin aliere mecanica in doua etape. Aceasta activitate a presupus amestecul dinamic al nanopulberilor MnAl si MnAl(C) sintetizate in cadrul activitatii 1.1 cu aliaje de tip pulberi nanoaliate FePt sau Fe-Co si Co-Fe-B. Acest amestec dinamic a devenit posibil prin implementarea tehnologiei ce presupune pasi secventiali alternativi de macinare la energii inalte a amestecului de pulberi, energii de macinare aflate la limita ruperilor mecanice ale ansamblurilor bile – vial de otel inox. Acesti pasi au fost alternati cu perioade de timp de 30-40 de secunde de repaus al macinarii insotit de tratament termic la temperaturi aflate la limita de solubilitate a fazei fazei -MnAl. Livrabilele preconizate a fi obtinute in aceasta etapa au fost realizate in avans, in plus unul dintre livrabilele preconizate in etapa a 2-a a fost partial demonstrat in avans, inca din aceasta etapa. Indicatorii de rezultat au fost atinsi in integralitate, fiind publicat de asemenea un articol in jurnal ISI.

Rezumatul Etapei 2/2023:
In scopul crearii de magneti nanocompoziti cuplati prin schimb, care sa aiba temperaturi Curie ridicate, sa fie stabili efectele de coroziune si pentru a se elimina necesarul de pamanturi rare, elemente ce sunt contaminante pentru mediul inconjurator, s-au cautat solutii alternative pentru aceste tipuri de magneti. O solutie este utilizarea aliajelor pe baza de Mn, si anume MnAl. Aliajul echiatomic MnAl prezinta o transformare structurala de faza de tip dezordine-ordine, de la faza dezordonata de tip cub cu fete centrate epsilon la faza ordonata tau de tip tetragonal cu fete centrate. Acest tip de aliaj este de interes pentru ca prezinta caracteristici magnetice specifice magnetilor permanenti. Faza ordonata de simetrie tetragonala, prezinta anizotropie magnetocristalina inalta fiind un magnet promitator din pdv al proprietatilor extrinseci (coercitivitate, remanenta) cat si din pdv al proprietatilor intrinseci (magnetizare de saturatie). In cadrul etapei anterioare s-a realizat sinteza acestor materiale, iar compozitia chimica a fost aleasa astfel incat sa se obtina, dupa tratamente termice adecvate, o structura de faza care sa permita formarea unui magnet multifazic, in care fazele magnetice constituente sa fie cuplate prin schimb. Ideea a fost de a se incerca o procesare a structurii de faze obtinuta dupa tratamente termice adecvate, structura in care sa co-existe faze magnetice dure si moi, cuplate prin schimb. Astfel sistemul magnetic poate fi avantajat atat de magnetizarea de saturatie ridicata a fazei moi cat si de coercitivitatea fazei dure.
In cadrul Etapei a II-a – 2023 – au fost desfasurate activitati legate de: - Optimizarea structurii de faza a aliajelor prin modulare compozitionala; - Analiza termica si calorimetrie diferentiala DTA-DSC; - Caracterizare morfo-structurala prin microscopie electronica de baleiaj (SEM) si difractie de radiatie X (XRD); - Determinarea proprietatilor magnetice prin masuratori magnetometrice; - Corelarea proprietatilor si performantelor magnetice cu schimbarile compozitionale si structurale; - Compactare prin sinterizare a nanopulberilor de MnAl si respective CoFeB; - Activitati suport de diseminare si comunicare. Toate activitatile prevazute a fi desfasurate in aceasta etapa au fost realizate in totalitate, iar rezultatele au fost valorificate printr-un articol publicat in jurnalul Q1 Nanomaterials. In plus, o parte din rezultate au fost communicate la Conferinta Internationala: 20th International Conference on Nanosciences and Nanotechnologies NN23, July 2023, Thessaloniki, Greece.

Rezumatul Etapei 3/2024:

In cadrul Etapei a III-a a proiectului, au fost continuate activitatile demarate in Etapa I si respectiv in cele din Etapa a II-a, in speta cele legate de sinteza, prin antamarea cercetarilor legate de realizarea magnetilor nanocompoziti densificati prin sinterizare si extrudati prin tehnici de manufacturare aditiva. In continuarea acestora, s-au efectuat mai multe teste in ce priveste fabricarea magnetilor pe baza de MnAl pentru a fi implementati in prototipuri si au fost estimate proprietatile magnetice. Intr-o secventiere logica a firului de actiune al planului de lucru, s-a trecut mai departe si s-a realizat si testarea si evaluarea magnetilor obtinuti prin manufacturare aditiva. Obiectivul principal al proiectului legat de realizarea prin metode de sinteza de neechilibru a unor noi clase de magneti permanenti fara pamanturi rare pentru aplicatii in energie regenerabila si caracterizarea avansata a acestora din punct de vedere structural si magnetic, a fost complet indeplinit.

Ca rezultate (indicatori de rezultat) obtinute in cadrul proiectului urmatoarele:
a) S-a redactat o lucrare stiintifica trimisa spre publicare la jurnalul Nanomaterials (Q1; Impact factor: 5.3), lucrare intitulata “High Magnetic Performance Nanocomposite Magnets”, autori, A.D. Crisan, O. Crisan
b) S-a realizat o comunicare stiintifica la o conferinta internationala: 5th International Conference on Nanomaterials, Nanofabrication and Nanocharacterization (NANOMACH 2024)”, Aprilie 18-24, 2024, Oludeniz, Turcia: Comunicare A.D. Crisan: “Thermally activated phase evolution in magnetic nano-composite alloys”, comunicare tip poster.
c) S-a depus la OSIM o cerere de brevet, nr. A00351 / 20.06.2024 intitulata: “Procedeu si realizare de magnet permanent fara pamanturi rare pe baza de Mn”.

In plus, pe baza rezultatelor reusite in cadrul proiectului nostru si prin dezvoltarea colaborarii cu grupri performante in domeniul manufacturarii aditive de magneti permanenti, s-a reusit depunerea si castigarea prin competitie a doua proiecte Europene, la care Institutul nostru este partener, dupa cum urmeaza:

a) Call I3-2023-INV2a: Interregional Innovation Investments Instrument project: Sustainable Innovation investment Catapult for Permanent Magnets (SICAPERMA): 2024-2027, Buget:
6,2MEuro.

b) Call HORIZON-CL4-2024-RESILIENCE-01-08: Innovation Action project: PERmanent MAgnet Network for the European Transition (PERMANET): 2025-2028, Buget: 20,9 MEuro.

REZUMAT PUBLICABIL

REZUMAT PUBLICABIL
In scopul crearii de magneti nanocompoziti cuplati prin schimb, care sa aiba temperaturi Curie ridicate, sa fie stabili efectele de coroziune si pentru a se elimina necesarul de pamanturi rare,
elemente ce sunt contaminante pentru mediul inconjurator, s-au cautat solutii alternative pentru aceste tipuri de magneti. O solutie este utilizarea aliajului MnAl. Aliajul echiatomic MnAl prezinta o transformare structurala de faza de tip dezordine-ordine, de la faza dezordonata de tip cub cu fete centrate epsilon la faza ordonata tau de tip tetragonal cu fete centrate. Obiectivul general al proiectului este de a dezvolta magneți de înaltă performanță, ușori, nanocompoziti, cu sisteme de fază magnetica tetragonala L10, fara pamanturi rare, cu elemente mai puțin costisitoare, concepuți printr-o combinație inovatoare de tehnici de non-echilibru, si de a obtine prin manufacturare aditiva un demonstrator cu forme specifice și performanță similare cu cele ale magnetilor cu pamanturi rare, validate în condiții de laborator, pentru aplicații de energie regenerabilă și aplicații de stocare a energiei. Proiectul a exploatat rezultate recente si promitatoare ale echipei obtinute in dezvoltarea fazei magnetice tetragonale L10 in aliaje binare care contin Mn, cum ar fi MnAl si sisteme derivate cu performante magnetice deosebite.
Al doilea obiectiv indeplinit a fost de a demonstra aplicabilitatea magneților dezvoltați prin crearea unui demonstrator de tip flansa magnetica pentru sisteme de stocare a energiei de tip rotor, testarea si validarea acestuia in conditii de laborator si deci aducerea acestui demonstrator conceput in cadrul proiectului la nivelul TRL4.

Drept rezultate tehnice si de cercetare ale proiectului mentionam o cerere de brevet A00351/2024 depusa la OSIM: „Procedeu de obtinere si realizare de magnet permanent fara pamanturi rare pe baza de MnAlC”. De asemenea, pe baza rezultatelor din proiect au fost castigate doua proiecte Europene la care institutul nostru este partener:
a) Call I3-2023-INV2a: Interregional Innovation Investments Instrument project: Sustainable Innovation Investment Catapult for Permanent Magnets (SICAPERMA): 2024-2027, Buget:
6,2MEuro.
b) Call HORIZON-CL4-2024-RESILIENCE-01-08: Innovation Action project: PERmanent MAgnet Network for the European Transition (PERMANET): 2025-2028, Buget: 20,9 MEuro.

"Temperature-Dependent Phase Evolution in FePt-Based Nanocomposite Multiple-Phased Magnetic Alloys"
O. Crisan, AD Crisan, N Randrianantoandro
Nanomaterials 2022, 12(23), 4122; https://doi.org/10.3390/nano12234122

“Novel Rare Earth (RE)-Free Nanocomposite Magnets Derived from L10-Phase Systems”
A.D. Crisan, O. Crisan, Nanomaterials 2023, 13(5), 912; https://doi.org/10.3390/nano13050912

20th International Conference on Nanosciences and Nanotechnologies NN23, July 2023, Thesaloniki, Greece. Comunicare A.D. Crisan: Nanocomposite Magnets Derived from L10-Phase Systems

5th International Conference on Nanomaterials, Nanofabrication and Nanocharacterization (NANOMACH 2024)”, Aprilie 18-24, 2024, Oludeniz, Turcia:

Comunicare A.D. Crisan: “Thermally activated phase evolution in magnetic nano-composite alloys”

Cerere de brevet, nr. A00351 / 20.06.2024 intitulata: “Procedeu si realizare de magnet permanent fara pamanturi rare pe baza de Mn”.

Dr. Alina Crisan

Laboratorul de Magnetism si Supraconductibilitate
email: alina.crisan@infim.ro