Научно-исследовательская лаборатория постоянных магнитов.

Основные этапы развития и научные достижения проблемной лаборатории постоянных магнитов.

Проблемная лаборатория постоянных магнитов была создана 1962 г. по Постановлению ЦК КПСС и Совмина СССР (от 13 сентября 1962 г. 938-406) и приказу Министра ВиССО РСФСР (№ 103 от 16 октября 1962 г.) с целью создания постоянных магнитов с магнитной энергией (ВН)max>10 МГсЭ и разработки технологии их производства для ликвидации отставания СССР в этой области от высокоразвитых зарубежных стран. Основателем и первым научным руководителем лаборатории стал профессор Б:Г:Лившиц.
При создании лаборатории основными научными направлениями ее деятельности были:
а) исследование влияния легирования сплавов Fe-Ni-Al-Co с целью повышения их магнитных свойств,
б) оптимизация термомагнитной и термической обработок этих сплавов для получения (ВН)max  более 10 МГсЭ,
в) исследование тонкой структуры и структурных превращений в сплавах ТИКОНАЛЬ с целью установления взаимосвязи с магнитными свойствами и разработка путей их улучшения, и, наконец,
г) поиск новых сплавов для постоянных магнитов.
Первые две задачи были решены досрочно. Впервые в СССР были созданы три сплава ЮНДК со свойствами, находящимися на уровне лучших зарубежных сплавов и разработан промышленный метод получения на их основе постоянных магнитов с магнитной энергией 10 Мгсэ из этих сплавов. Результаты работы были внедрены на Новочеркасском заводе постоянных магнитов и приняты Государственной приемной комиссией для серийного производства [1-3].
В последующие годы основные научные направления лаборатории, связанные с  разработкой и комплексным исследованием физических свойств и структуры новых высокоанизотропных матероиалов, созданием научных основ технологии производства из них высокоэнергетических постоянных магнитов, а также внедрением новых материалов и технологических процессов в промышленное производство, оставались неизменными и сохранили актуальность и в настоящее время.
В последнее тридцатилетие сотрудники лаборатории совместно с преподавателями кафедры металлографии внесли весомый вклад в разработку, усовершенствование и внедрение практически всех новых типов материалов для постоянных магнитов: сплавов на основе интерметаллических соединений SmCo5, Sm2Co17 и Nd2Fe14B, нитридов на базе интерметаллида Sm2Fe17, сплавов на основе системы Fe-Co-Cr.
Среди наиболее существенных научных результатов, большая часть из которых вошла в перечень важнейших достижений в области естественных наук АН СССР (раздел "Физика магнитных явлений"), хочется отметить следующие:

Редкоземельные сплавы для постоянных магнитов на основе систем Sm-Co и Nd-Fe-B.

  • Внесены существенные уточнения в диаграммы состояния двойных систем Sm-Co и Nd-Fe, реализующиеся при неравновесных условиях: установлены особенности фазовых превращений (образование метастабильных промежуточных фаз, формирующихся в процессе кристаллизации сплавов в результате серии последовательных перитектических превращений), в результате которых в сплавах обеих систем реализуются метастабильные фазы и структурные состояния, обусловливающие формирование в этих сплавах высококоэрцитивного состояния [4-6].
  • Обнаружено явление "термического намагничивания", наблюдающееся на высокоанизотропных редкоземельных сплавах для постоянных магнитов и заключающееся в самопроизвольном намагничивании этих материалов в отсутствии внешнего магнитного поля при нагревании. Установлены физические условия реализации этого явления и дано его теоретическое обоснование, в основе которого лежит учет магнитостатического взаимодействия между микрообъемами спеченного материала [7-9].
  • Разработан эффективный метод моделирования с помощью ЭВМ гистерезисных свойств редкоземельных постоянных магнитов с учетом их магнитной предыстории, степени совершенства текстуры, а также неоднородностей коэрцитивной силы, намагниченности и внутреннего поля. На основе этого метода разработана методика определения параметров, характеризующих гистерезисные свойства микрообъемов реальных магнитов, по результатам экспериментальных измерений гистерезисных свойств массивных образцов. Предложенная модель может эффективно использоваться для предсказания полевых и температурных зависимостей гистерезисных свойств редкоземельных магнитов с гистерезисным поведением типа зарождение, в том числе для расчета эффекта термического намагничивания [10-11].
  • В результате экспериментального и теоретического исследования гистерезисных свойств редкоземельных постоянных магнитов установлено, что на гистерезисные свойства спеченных магнитов SmCo5 с cHi=2.5-10 кЭ оказывает влияние локальное закрепление доменных стенок, тогда как гистерезис магнитов с cHi=15-25 кЭ обусловлен почти исключительно трудностью зарождения доменов обратной намагниченности. В то же время гистерезис намагниченности спеченных магнитов типа R-Fe-B вызван трудностью зарождения обратных доменов, причем задержка появления гистерезиса зерен фазы R2Fe14 B при намагничивании обусловлена неоднородностью внутреннего поля, а зарождение обратных доменов при перемагничивании - наличием дефектов магнитной кристаллографической анизотропии [7-11].
  • Разработаны металлофизические и металловедческие основы формирования высококоэрцитивного состояния в сплавах на базе соединений SmCo5 и Nd2Fe14B, которые позволили создать лабораторные и полупромышленные технологии изготовления спеченных постоянных магнитов Sm-Co и Nd-Fe-B с магнитной энергией более 20 и 40 МГсЭ, соответственно, и легированных композиций на их основе с широким спектром магнитных свойств, а также предложить новый материал для термофотографии [12-14].

Редкоземельные сплавы для постоянных магнитов на основе системы Sm-Co-Cu-Fe

  • Установлена основная закономерность структурообразования в изоморфно-распадающихся высококоэрцитивных сплавах на основе Sm-Co-Cu и их легированных модификаций, согласно которой оптимальная морфология в этих сплавах, также как и в сплавах типа АЛНИКО и Fe-Co-Cr, формируется под влиянием анизотропных упругих искажений на межфазных границах. Высокие характеристики магнитного гистерезиса все эти сплавы приобретают после специальных термообработок, приводящих к дополнительному обмену компонентами между фазами. Потеря когерентности сопряженных кристаллических решеток фаз в процессе коалесценции влечет за собой деградацию ячеистой структуры, отрицательно влияющую на магнитную жесткость сплавов [15].  

Магнитотвердые нитриды на основе соединения Sm2Fe17.

  • Разработаны методы получения высокоанизотропных нитридов на основе интерметаллического соединения Sm2Fe17 как с использованием механически измельченных порошков, так и порошков, полученных методом гидридного диспергирования. На основе исследования магнитных свойств и структуры гидридов, нитридов, а также впервые синтезированных гидронитридов (Sm2Fe14NH), показаны потенциальные возможности соединений Sm2Fe14N в качестве высокоэнергетических анизотропных материалов, которые могут быть использованы как магнитотвердые наполнители при изготовлении постоянных магнитов на немагнитной связке (магнитопласты, магнитоэласты и т.д.) [16, 17]

Изоморфно-распадающиеся сплавы Fe-Co-Ni-Al и Fe-Co-Cr:

  • Исследован вклад поверхностной, магнитостатического и упругой энергий в формирование высококоэрцитивного состояния изоморфно-распадающихся сплавов. В результате разделения структурной и кристаллографической составляющих анизотропии  упругой энергии в высококоэрцитивных сплавах Fe-Co-Ni-Al и Fe-Co-Cr показан существенный вклад анизотропии упругих модулей в формировании модулированной структуры и высококоэрцитивного состояния. Это позволило найти общий подход к изучению сплавов Fe-Co-Ni-Al и Fe-Co-Cr и дать рекомендации для улучшения их магнитных свойств [18, 19].
  • Показано, что aÞs превращение, протекающее в сплавах Fe-Co-Cr (типа Х30К15М3Т), вызывает сильный фазовый наклеп a-фазы, который в ходе последующего отжига в области температур существования a-твердого раствора приводит к развитию процессов рекристаллизации, аналогичных тем, которые протекают во время отжига после пластической деформации. Установлены условия развития в этих сплавах вторичной рекристаллизации. Разработаны методы выявления зародышей рекристаллизации в кристаллитах, подвергнутых фазовому наклепу, и определения кристаллической ориентации зерен по ямкам травления. На базе полученных результатов разрабатывается технология производства сплавов Fe-Co-Cr с магнитной и кристаллической текстурой, получаемой с использованием вторичной рекристаллизации [20-22].
  • Установлены основные закономерности влияния холодной пластической деформации путем прокатки на структуру и магнитные свойства сплавов Fe-Co-Cr. Показана возможность получения высоких магнитных характеристик этих сплавов при обработке по типу "деформационного старения" с применением холодной прокатки, что обусловлено получением высокой анизотропии формы частиц сильномагнитной фазы и их ориентированным расположением вдоль направления пластического течения металла [23-26].
  • Разработана технология производства деформационно-стареющих сплавов на основе системы Fe-Co-Cr-Cu, содержащих 12-19% Со, которая обеспечивает получение коэрцитивной силы cHi= 600-900 Э, остаточной индукции Br=12-13 кГс и магнитной энергии (ВН)max=4-7 МгсЭ.
Большая часть научных разработок лаборатории защищена авторскими свидетельствами (более 40 шт) и патентами (1 шт), внедрена в производство на предприятиях министерств авиационной, электротехнической, электронной промышленности, отмечена дипломами, грамотами и медалями на всесоюзных и зарубежных выставках.

За время существования лаборатории подготовлено более 200 инженеров-магнитчиков, по тематике лаборатории защищены две докторские (Лилеев А.С., Линецкий Я.Л.) и 25 кандидатских диссертаций.