Уральские ученые существенно увеличили стабильность магнитов для электродвигателей
Физики Уральского федерального университета (УрФУ) увеличили в 3,7 раза стабильность нанокристаллических неодимовых магнитов, которые используют в высокоэффективных электродвигателях (насосы для нефтедобычи, стоматология) и другой технике. При удачной реализации метода на промышленном уровне в России может появиться технология, не имеющая мировых аналогов.
Нанокристаллические неодимовые магниты — это класс передовых магнитных материалов, которые используют в тех же высокотехнологичных областях, где и традиционные неодимовые магниты: электротранспорте, возобновляемой энергетике (ветрогенераторах), высокоточных датчиках и электронике, в медицинской технике, промышленном оборудовании (например, двигатели). Отличие нанокристаллических магнитов от «стандартных» — в их структуре. Нанокристаллические магниты получают путем специальной обработки (быстрое охлаждение расплава, последующий отжиг), которая создает структуру из мельчайших зерен-кристаллов размером в десятки нанометров. В будущем нанокристаллические магниты могут стать ключевым компонентом для повышения эффективности, миниатюризации и производительности в самых современных технологиях, от зеленой энергетики и электромобилей до робототехники и медицины.
«Мы использовали нанокристаллический материал, который применяют в качестве наполнителя в магнитопластах и магнитоэластах. Отдельно изготовили легкоплавкую добавку, содержащую редкоземельные металлы. В процессе отжига легкоплавкая добавка в жидком состоянии обволакивала кристаллиты материала и сформировала структуру «ядро — оболочка». Иными словами, добавка, содержащая редкоземельные металлы, создала на поверхности каждого кристаллита «оболочку», которая препятствует размагничиванию, что резко увеличивает его коэрцитивную силу», — объяснил руководитель исследовательской группы, заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов.
Коэрцитивная сила — это сопротивление магнита размагничиванию. Чем она выше, тем сложнее «испортить» магнит и тем устойчивее он к внешним воздействиям, которые влияют на его намагниченность (высокая температура, удары, сильная вибрация, постороннее магнитное поле).
«Неодимовые магниты — магниты на основе сплава неодим-железо-бор — на сегодняшний день лучшие с точки зрения намагниченности. Если неодим заменить на тербий, диспрозий или другой тяжелый редкоземельный элемент, можно, с одной стороны, увеличить коэрцитивную силу, а с другой, уменьшить намагниченность и очень сильно — иногда в 30 раз — повысить стоимость магнита. Но так создавали магниты последние 35–40 лет. Сейчас весь мир пытается добиться необходимых свойств по-другому: в местах, где возникает зародыш перемагничивания, а это, как правило, граница зерна, помещают немного тербия либо диспрозия, а основную часть зерна оставляют неодимовой. Такой подход приводит к тому, что намагниченность почти не уменьшается, а коэрцитивная сила при этом увеличивается заметно, в 1,5–2 раза. Температура эксплуатации магнитов также увеличивается с 80 до 180 градусов Цельсия. А стоимость таких магнитов за счет сырья увеличивается очень незначительно», — рассказал Алексей Волегов.
В своей работе уральские физики также смогли добиться уменьшения межзеренного обменного взаимодействия в нанокристаллическом материале. А инфильтрация сплавом с тербием дала максимальный эффект — коэрцитивная сила выросла в 3,7 раза и почти достигла теоретического предела для этого материала.
В планах ученых — научиться печатать такие магниты на 3D-принтере. Это позволит управлять текстурой, формой магнитов и создавать сложные магнитные системы.
Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"