Unikt genombrott för tillverkning av amorf metall
Världens första provdetalj av järnbaserad amorf metall har tillverkats genom att använda metoden elektronstrålesmältning. Genombrottet kan revolutionera tillverkningen av produkter i amorfa metaller.
Alla initiala analyser av materialet som gjorts av Mittuniversitetet (mikroskopi SEM och ljus samt elasticitet) visar att materialet verkligen har amorf struktur, det vill säga en struktur olik vanliga metallers kristallstruktur. Fortsatta studier är planerade och kommer att publiceras i vetenskapliga tidskrifter.
Den mycket metallblanka testdetaljen som sitter fastsmält mot rostfritt stål är unik på flera sätt eftersom amorfa metaller har unika egenskaper. De är mycket starka, typiskt 2-15 gånger starkare än motsvarande ”vanliga” metaller, extremt elastiska (ett helt huvud till en golfklubba skulle vara en populär applikation), och är ofta rostfria. De amorfa metallerna visar också mycket lovande egenskaper vad gäller motståndskraft mot utmattning.
Genom en ny metod kan tillverkning av amorfa metallkomponenter med extremt komplexa former ske i en enda process.
– I många fall är metoden både snabbare och billigare än andra tillverkningsmetoder. I vissa fall kan komponenter framställas som helt enkelt inte är möjliga att tillverka med annan teknik. Den järnbaserade amorfa metallen som vi tillverkat är också relativt billig, lättare än vanligt stål och innehåller inga miljöfarliga sällsynta jordartsmetaller, säger Mikael Bäckström, tekn. dr, Mittuniversitetet.
Världsomfattande forskning om amorfa metaller drivs av de unika egenskaperna. Många användningsområden, från konstruktion till biomedicinska implantat, kan potentiellt revolutionera genom fördelarna som materialen visar.
Fram till nu har tillverkningen av även små amorfa komponenter varit komplicerad och dyr. Tillverkning av större komponenter av amorf metall med traditionella tillverkningsmetoder, som smältspinning (melt spinning), gjutning, pulvermetallurgi eller termoplastisk formning (thermoplastic forming) är inte möjligt.
– I samtliga fall då heta större komponenter svalnar långsamt, har atomerna tillräckligt med tid att ordna sig i en vanlig kristallstruktur. Bara processer med extremt snabb kylning, när atomerna ”fryser” i oordnat läge mycket snabbt, bildas den önskade amorfa strukturen. Det har lett till att man hittills bara kunnat tillverka förhållandevis små och tunna detaljer i amorf metall, säger Mikael Bäckström.
Framgången inom denna forskning gör att nya möjligheter öppnas som kan revolutionera tillverkningen av produkter och komponenter tillverkade av amorfa metaller. Preliminära resultat visar att vikten hos typiska kommersiella produkter kan minska med 90 procent om tekniken utnyttjas fullt ut. Det förväntas att områden i behov av starka, icke-korrosiva, elastiska material skulle vara de största vinnarna med applikationer i amorf metall.
Detta världsomspännande patent för tillverkning av amorfa metaller med hjälp av strålmetoder ägs av det svenska företaget Exmet AB. Detta säkerställer den kommersiella framgången för den verifierade tekniken och framtida licenstagare. Projektet uppmärksammades också nyligen genom att vinna ett pris för den mest innovativa användningen av EBM ®- tekniken vid en internationell konferens. Pristagaren utsågs av, och i konkurrens med, internationellt namnkunniga materialexperter och användare av additiv tillverkningsteknik. Priset visar även på det kommersiella värdet hos teknologin och världspatentet.
– Det internationella intresset för vår patenterade teknologi är stort. Vi för diskussioner med några av världens största företag om tillämpningar inom så vitt skilda områden som flyg-, rymd-, fordons-, elektronik- och implantatindustrin. Samarbetet med Mittuniversitet har fungerat väldigt bra, och vi ser fram emot fortsättningen. Parallellt pågår även arbeten dels med verifiering av Exmets teknologi för kompletterande lasermetoder, och dels inom pulverteknologi. Sammantaget är det en väldigt spännande tid för samtliga inblandade. Framtidsutsikterna för svensk teknologi, forskning och exportintäkter inom området ser väldigt ljusa ut, säger Mattias Unosson, vd för Exmet AB.
Förutom Exmet AB har forskningen genomförts i samarbete med företagen ARCAM AB och Öhlins Racing AB. Arbetet har finansierats av Tillväxtverket och Vinnova.
KONTAKT
Mikael Bäckström, tekn. dr, lektor, Sportteknologi, Mittuniversitetet, +46 70 540 06 74, e-post: mikael.backstrom@miun.se
Mattias Unosson, tekn. dr, vd, Exmet AB, +46 70 493 45 36, e-post: mattias.unosson@exmet.se
