Исследователи Университета МИСИС нашли способ улучшить состав сплава и режим термической обработки для получения более эффективных и экономичных постоянных магнитов. Такие магниты востребованы в энергетике, электромашиностроении и на транспорте.
Суть разработки
Одним из многообещающих кандидатов на замену редкоземельным магнитам в ряде областей является сплав на основе марганца и алюминия. Его магнитные свойства определяются так называемой τ-фазой. Главная проблема — её нестабильность: фаза легко разрушается при изменении температуры или условий обработки.
Что сделали учёные
Специалисты НИТУ МИСИС изучили, как на поведение такого сплава влияет добавление небольшого количества ванадия, а также различные режимы охлаждения — от обычной закалки до сверхбыстрого охлаждения расплава на вращающемся медном диске. В работе рассматривались составы с содержанием марганца от 51 до 55%.
Комментарий эксперта
«Состав и режим охлаждения позволяют точнее управлять структурой материала. Мы обнаружили, что добавление ванадия снижает термическую стабильность магнитной τ-фазы: она образуется в более узком диапазоне составов и разрушается при более низкой температуре. Однако при сверхбыстрой закалке ванадий, напротив, способствует получению этой фазы без дополнительной термообработки», — пояснил кандидат технических наук Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения, ведущий научный сотрудник центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС.
Лучший результат
Максимальная эффективность достигнута для сплава состава Mn₅₃Al₄₄V₃. В литых образцах после закалки и отжига доля магнитной фазы превысила 90%. В тонких металлических лентах, полученных методом сверхбыстрого охлаждения, высокая доля τ-фазы образовалась без дополнительного отжига. Это в перспективе упростит технологию получения требуемой ферромагнитной фазы с мелким зерном. Исследователи также отметили небольшой рост намагниченности этой фазы.
Неожиданный эффект
«Ещё один интересный результат — обнаружение гистерезиса температуры Кюри. Температура перехода ферромагнетик–парамагнетик при нагреве образца оказалась более чем на 100 °C выше, чем при охлаждении. При этом кристаллическая структура материала не изменилась. Такой эффект нетипичен для большинства ферромагнетиков и ранее не наблюдался на изучаемых нами сплавах. Мы полагаем, что он может быть связан с магнитным фазовым переходом первого рода. Сейчас мы изучаем это явление — оно может быть полезно для создания различных датчиков», — рассказала Анастасия Фортуна, ассистент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС.
Подробные результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials (Q2). Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-13-00161).
Источник: пресс-служба НИТУ МИСИС
Больше новостей в МАХ
