Se consigue por primera vez la fabricación de filamentos de manganeso-aluminio, libres de tierras raras, con propiedades de imán permanente.

La investigación del grupo del Dr. Alberto Bollero en IMDEA Nanociencia y la empresa sueca Höganäs se presenta como una prometedora iniciativa para su implementación en impresión 3D avanzada de imanes de alto rendimiento para aplicaciones en los sectores de la energía, transporte y aeroespacial.

 

Esquema de la síntesis de compuestos hechos de partículas de aleación de manganeso-aluminio obtenidas mediante atomización gas, junto con imágenes del polvo usado y la morfología del compuesto (izquierda). La respuesta magnética de los compuestos y filamentos no muestra deterioro alguno respecto a las propiedades magnéticas de las partículas originales (derecha).

Los imanes son elementos clave de la tecnología presente y futura: teléfonos móviles, electrodomésticos, automóviles, aviones, motores… Estas aplicaciones tecnológicas requieren de imanes capaces de generar un campo magnético elevado en un volumen pequeño, optimizando el espacio para la fabricación de dispositivos de tamaño reducido y ligeros. Un número limitado de imanes permanentes, que actualmente se basan en elementos de tierras raras, cumplen con este requisito. Los obstáculos para encontrar recursos de tierras raras junto con el impacto ambiental que causan su extracción y posterior refinamiento han desencadenado la búsqueda de nuevas rutas para encontrar soluciones libres de tierras raras.

El Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones en IMDEA Nanociencia, dirigido por el Dr. Alberto Bollero, está actualmente investigando las posibilidades que los imanes libres de tierras raras pueden ofrecer, desde el desarrollo de nuevos materiales hasta el reciclaje de materiales magnéticos [Acta Mater. (2018) https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.07.010ACS Sustainable Chem. Eng., 5 (4), 3243 (2017)]. Además de la necesidad de buscar nuevas alternativas libres de tierras raras, el grupo pretende cambiar el paradigma tecnológico actual, basado en un diseño de dispositivos y productos finales según los componentes (particularmente imanes) con un tamaño y forma predefinidos (según disponibilidad predeterminada en catálogo). Con este objetivo, el grupo de IMDEA Nanociencia ha diseñado un método avanzado de impresión 3D de materiales compuestos para lograr estructuras funcionales evitando las limitaciones de la fabricación tradicional. En el estudio, las partículas de MnAlC (aleación de manganeso-aluminio-carbono) -excelente candidato a imán permanente- combinadas con polímero se han utilizado para sintetizar compuestos con propiedades de imán permanente escalables para su posterior extrusión en filamentos flexibles y continuos con una longitud superior a 10 metros [Sci. Technol. Adv. Mat. 19(1), 465 (2018). https://doi.org/10.1080/14686996.2018.1471321].

Con este estudio, realizado en colaboración con la empresa Höganäs (Suecia), el grupo de IMDEA ha logrado por primera vez la síntesis y fabricación de un filamento continuo de MnAlC libre de tierras raras, con propiedades de imán permanente, para su aplicación en técnicas de unión como el “bonding” y tecnologías de impresión 3D avanzadas. Estos resultados abren un nuevo camino para diseñar y fabricar dispositivos sin restricciones, de forma y dimensiones, y eficientes desde el punto de vista del rendimiento, usando una cantidad reducida de material y disminuyendo el impacto ambiental.

Esta investigación se ha realizado en el marco del proyecto “NEXMAG”, coordinado por el Dr. A. Bollero, y designado como Caso de Éxito por la red M-era.Net.

El trabajo ha sido financiado por los proyectos “NEXMAG” (M-era.Net Programme) y “3D-MAGNETOH” del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, y el proyecto “NANOFRONTMAG” financiado por la Comunidad de Madrid. IMDEA Nanociencia recibe apoyo del Programa ‘Severo Ochoa’ para Centros de Excelencia en Investigación. La investigación ha sido concebida bajo el proyecto industrial GAMMA (Höganäs AB – IMDEA Nanociencia), y continuará con una nueva colaboración industrial entre ambas instituciones.

El Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones de IMDEA Nanociencia ha comenzado recientemente una colaboración con la empresa estadounidense Urban Mining con el objetivo de reciclar los residuos de imanes permanentes. “Cerrar el ciclo para garantizar la sostenibilidad” es la premisa de esta colaboración, que contribuirá a mitigar la dependencia que EE.UU. y Europa tienen de las materias primas críticas necesarias para la fabricación de imanes permanentes tecnológicos. Esta colaboración se une a los proyectos industriales existentes con empresas nacionales e internacionales (IMA S.L.-Barcelona, RAMEM S.A.-Madrid, Höganäs AB-Suecia…) de diferentes sectores tecnológicos, demostrando así la exitosa combinación de investigación básica y aplicada llevada a cabo por el Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones en IMDEA Nanociencia.