В современных технологиях постоянно возрастает спрос на мощные постоянные магниты. Они незаменимы при создании беспилотных летательных аппаратов, систем робототехники, телекоммуникационного оборудования и многих других высокотехнологичных отраслей промышленности. Проблема заключается в том, что большинство мощных магнитов производится с использованием редкоземельных элементов, которые отличаются дороговизной и ограниченной доступностью на мировом рынке. Однако российские ученые нашли революционное решение этой задачи, предложив новый сплав, открывающий широкие перспективы для развития отечественной промышленности.
Магниты без дорогих редкоземельных металлов
Научная группа Университета МИСИС успешно разработала новый сплав для получения постоянных магнитов. Экспериментальные исследования и оптимизация состава позволили получить материал на базе трех ключевых компонентов: марганца, алюминия и ванадия. Результаты проведенных испытаний впечатляют своим потенциалом — в образцах после процедуры закалки и последующего отжига содержание магнитных фаз превышает 90 процентов. Такой высокий показатель демонстрирует, что альтернатива импортозависимым магнитам из редкоземельных металлов становится все ближе к широкому внедрению в российское производство.
Ученые отмечают: четкая варьируемость состава и грамотный подбор режима охлаждения расплава предоставляют возможность детально контролировать микроструктуру будущего магнита. Стоит подчеркнуть, что добавка ванадия заметно влияет на фазовые переходы материала. Стабильная магнитная фаза образуется только в значительно более узких пределах концентраций и при более низких температурах, если в составе есть ванадий. Однако при сверхбыстрой закалке благодаря ванадию эта фаза возникает без необходимости сложной дополнительной термообработки, что упрощает промышленную технологию производства магнитов.
Преимущества инновационного сплава
Традиционно в качестве магнитного материала вне зависимости от применения часто использовались сплавы на основе марганца и алюминия. Их уникальные магнитные свойства связаны с формированием специально структурированной магнитной фазы, однако эта структура довольно неустойчива: она разрушается при обычных колебаниях температуры или из-за особенностей обработки. Это ограничивало возможности масштабного внедрения сплавов данного типа.
Коллектив исследователей из Университета МИСИС доказал, что модификация легирования (добавка ванадия) и новая методика кристаллизации материала (через охлаждение на быстро вращающихся медных дисках) позволяют радикально изменить свойства сплава. Проведенные эксперименты показали также небольшой, но устойчивый рост намагниченности ферромагнитной фазы, что дополнительно повышает технологическую и экономическую привлекательность нового материала.
Интересной особенностью разработки стало необычное поведение температуры фазового перехода. При нагреве полученных образцов температура, при которой материал теряет свои ферромагнитные свойства, оказалась более чем на 100 градусов Цельсия выше, чем аналогичный предел при охлаждении. При этом не выявлено никаких изменений кристаллической структуры, что ранее не фиксировалось для подобных сплавов. Данный эффект сейчас активно исследуется, ведь он может найти свое применение в точных термомагнитных датчиках нового поколения.
Возможности для электроники и отечественной промышленности
Новый магнитный сплав на основе марганца, алюминия и ванадия открывает перед отечественными производителями немало преимуществ. Во-первых, такие магниты можно получать без использования редких и дорогостоящих элементов, полностью из российских ресурсов. Это повышает независимость электронной и приборостроительной отрасли, снижает себестоимость конечной продукции, увеличивает ее конкурентоспособность как на внутреннем, так и на внешнем рынке.
Открытие дает возможность создавать современные, мощные и миниатюрные постоянные магниты для самых разных направлений — от приборов медицинской диагностики до электрических двигателей, генераторов и датчиков. Внедрение отечественного ноу-хау существенно сокращает влияние ограничений на экспорт и импорт компонентов.
Объемы рынка магнитов и состояние отрасли в России
Согласно экспертным оценкам, в 2024 году объем российского рынка постоянных магнитов составил 739 тонн. В дальнейшем ожидается плавный рост этого сектора, чему будет способствовать развитие производства беспилотных летательных аппаратов и роботизированных систем. Эти направления считаются одними из наиболее инновационных и технологичных в промышленности России, что определяет растущие потребности в современных магнитных материалах.
Однако есть ряд ограничивающих факторов. Экспортные барьеры и недостаточная внутренняя добыча редкоземельных металлов продолжают сдерживать развитие полноценного отечественного производства мощных магнитов. В то же время, решение проблемы самостоятельных разработок и внедрения альтернативных сплавов дает возможность выйти на качественно новый уровень независимости и технологической самостоятельности.
Перспективы для АО НПП Исток и других предприятий сектора
Основной вклад в обеспечение российских предприятий новыми магнитами и технологиями вносят как федеральные институты, так и ведущие профильные компании — в числе лидеров АО НПП Исток, специализирующееся на радиоэлектронике. Несмотря на то, что число отечественных производителей магнитов относительно невелико, высококлассные лаборатории научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок образуют ядро быстроразвивающейся отрасли.
В России насчитывается 28,5 миллионов тонн разведанных запасов редкоземельных металлов, что составляет примерно 17 процентов мировых ресурсов. Однако фактическая доля российской добычи этих ценных материалов для магнитной промышленности составляет менее 1 процента от общемирового рынка. Это еще раз подчеркивает важность быстрого внедрения новых магнитных сплавов, не зависящих от глобальных цепочек поставок и геополитических рисков.
В настоящее время большая часть компонентов, а также готовых магнитов производится зарубежными компаниями, прежде всего в Китае, что создает стратегические риски для национальной безопасности и экономики. Практическая реализация инновационных решений, предоставленных учёными Университета МИСИС, позволит существенно изменить ситуацию в пользу отечественных производителей и клиентов.
Импортонезависимая технологическая платформа
По мере развития цифровизации и инновационного производства перед российской промышленностью открываются новые перспективы импортонезависимости. Ведущие российские банки и технологические организации, равно как и промышленные предприятия, все чаще становятся инициаторами внедрения перспективных разработок и новых материалов собственного производства. Такие решения выгодно отличают отечественную продукцию и позволяют добиваться успехов на международной арене.
Разработка Университета МИСИС с использованием марганца, алюминия и ванадия — это важный шаг на пути создания эффективной и стабильной технологической платформы. Уже сегодня отечественная промышленность получает мощный стимул к развитию научного потенциала и расширению собственного рынка современных материалов. Этот позитивный опыт можно применять для дальнейших научно-практических экспериментов, обеспечивая экономическую выгоду, стратегическую независимость и технологическое лидерство России в области производства современных магнитных материалов.
Источник: biz.cnews.ru
