Российские ученые предложили сплав без редкоземельных элементов для создания мощных магнитов

Специалисты НИТУ МИСИС совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова синтезировали новый сплав, который может быть использован для создания мощных постоянных магнитов без дорогих редкоземельных металлов, и определили его режим обработки.

Одним из перспективных кандидатов в качестве альтернативы мощным, но дорогостоящим редкоземельным магнитам, необходимым в энергетике, электромашиностроении и транспортных системах, считается сплав на основе марганца и алюминия. Его магнитные свойства связаны с так называемой τ-фазой. Однако она нестабильна: легко разрушается при изменении температуры или условий обработки.

Авторы выяснили, как на поведение такого сплава влияет добавление небольшого количества ванадия и разные режимы охлаждения — от обычной закалки до сверхбыстрого охлаждения расплава на вращающемся медном диске. В работе были рассмотрены сплавы с различным содержанием марганца в диапазоне 51–55 %.

«Состав и режим охлаждения позволяют точнее управлять структурой материала. Мы выяснили, что добавление ванадия делает магнитную τ-фазу менее устойчивой: она формируется в более узком диапазоне составов и разрушается при более низкой температуре. Однако при сверхбыстрой закалке ванадий помогает получить эту фазу без дополнительной термообработки», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры физического материаловедения, ведущий научный сотрудник центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Михаил Горшенков.

Лучший результат ученые зафиксировали для сплава на основе марганца, алюминия и ванадия (Mn₅₃Al₄₄V₃). В литом образце после закалки и отжига доля магнитной фазы превышала 90 %. В тонких металлических лента, полученных при сверхбыстром охлаждении, высокая доля этой фазы образовывалась без дополнительной термообработки, что в перспективе позволит упростить технологию получения требуемой ферромагнитной фазы с малым размером зерна. Исследователи также отмечали небольшой рост намагниченности ферромагнитной фазы.

«Еще одним интересным результатом является обнаружение гистерезиса температуры Кюри: температура фазового перехода ферромагнетик—парамагнетик при нагреве образца оказалась более чем на 100 ℃ выше, чем при охлаждении. При этом изменения кристаллической структуры материала не наблюдалось. Такой эффект нехарактерен для большинства ферромагнетиков и не наблюдался ранее на изучаемых нами сплавах. Мы предполагаем, что наблюдаемый эффект может быть связан с протеканием магнитного фазового перехода по механизму первого рода. Сейчас мы изучаем этот эффект, так как он может быть полезен для производства различных датчиков», — отметила еще один автор работы, ассистент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС Анастасия Фортуна.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.

В настоящий момент Россия импортирует магниты из Китая, поставляя при этом в Китай редкоземельный концентрат для их производства. Собственное производство - не более 130т в год. В 2025 году Росатом озвучил планы об организации производства неодимовых магнитов из отечественного сырья. Первая очередь производства должна быть открыта в 2028 году и обеспечить поставку до 500т продукции.

Страна РОСАТОМ