Ученые Университета МИСИС создали материалы, перспективные для изготовления более дешевых постоянных магнитов для дальнейшего использования в электрических двигателях, генераторах и магнитных системах. Исследователи выяснили, что добавка меди к сплаву на основе марганца и алюминия значительно улучшает магнитные свойства.
На основе редкоземельных металлов (РЗМ), таких как неодим и самарий, получаются самые мощные постоянные магниты. Однако у них есть недостатки: высокая стоимость компонентов, низкая эффективность переработки, неоднородность распределения месторождений в мире, сложность производства, а также экологический ущерб, оказываемый при добыче компонентов для их производства.
Ученые МИСИС усовершенствовали сплав на основе марганца и алюминия (системы Mn-Al), который может стать альтернативой используемым маркам магнитов в различных областях промышленности. Материал MnAl в определённых условиях формирует так называемую τ-фазу — особую кристаллическую структуру с выраженными ферромагнитными свойствами. При повышенных температурах τ-фаза распадается, что сильно осложняет термическую обработку изделий, необходимую для улучшения магнитных свойств.
«Стоимость компонентов, входящих в состав сплава системы Mn-Al, невелика, а сами они широко распространены в природе, поэтому получение магнитов из этих материалов привлекательно из экономических соображеbний. Полученные данные позволяют не только глубже понять механизмы фазовых превращений в этих материалах, но и задать направление для последующей оптимизации технологии. Магнитные материалы на основе сплавов MnAl особенно перспективны для применения в электродвигателях, ветрогенераторах, бытовой технике, медицинском оборудовании и других устройствах», — сказал к.т.н. Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС.
Исследования показали, что введение галлия в состав стабилизирует τ-фазу, не ухудшая магнитных свойств, а медь в небольших концентрациях снижает предел текучести сплава, повышая его обрабатываемость.
Исследователи выяснили, что наилучший эффект достигается при добавлении 3% меди. В этом случае образуется максимальное количество стабильной τ-фазы (до 94%). При этом сохраняются высокие магнитные свойства, а структура сплава остается однородной. Повышение содержания меди выше этого значения, напротив, приводит к химической неоднородности и снижению эффективности. Подробности исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1). Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 23—13—00161).
