Уральские ученые повысили стабильность магнитов почти в четыре раза

Физики Уральского федерального университета повысили стабильность нанокристаллических неодимовых магнитов, используемых в высокоэффективных электродвигателях и другой технике. Новый подход позволяет создавать относительно дешевые магниты с редкоземельными металлами. Ученые планируют печатать такие магниты на 3D-принтерах, что позволит создавать сложные магнитные системы, сообщает пресс-служба вуза.

«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 формировала структуру «ядро-оболочка». Иными словами, добавка, содержащая редкоземельные металлы, создала на поверхности каждого кристаллита оболочку, которая препятствует размагничиванию, что резко увеличивает его коэрцитивную силу», — рассказал заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов.

Коэрцитивная сила — сопротивление магнита размагничиванию. Чем выше коэрцитивная сила, тем сложнее его «испортить», и тем устойчивее он к внешним воздействиям, которые влияют на намагниченность — высоким температурам, ударам, сильным вибрациям, посторонним магнитным полям.

«Неодимовые магниты — магниты на основе сплава неодим-железо-бор — на сегодня 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 тридцать раз — повысить стоимость магнита. Так создавали магниты последние тридцать пять-сорок 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 или диспрозия, а основную часть зерна оставляют неодимовой. Такой подход приводит к тому, что намагниченность почти не уменьшается, коэрцитивная сила при этом увеличивается заметно, в полтора-два раза. Температура эксплуатации магнитов также увеличивается с 80°С до 180°С, а стоимость таких магнитов за счет сырья увеличивается очень незначительно», — пояснил Алексей Волегов.

Ученые также смогли добиться уменьшения межзеренного обменного взаимодействия в нанокристаллическом материале. В итоге добавка с неодимом повысила коэрцитивную силу магнита в два с половиной раза, 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.

«Сегодня на нанокристаллические магниты приходятся десять-пятнадцать процентов от мирового объема производства. Такие магниты пытаются создавать и небольшие фирмы, и крупные компании. Их создают в случаях, когда необходимо недорогое производство магнитов определенных форм и с заданными свойствами. Если наладить производство, то зачастую их дешевле создавать самостоятельно, чем заказывать, например, в Китае», — рассказал Алексей Волегов.

Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования РФ, результаты опубликованы в издании Journal of Alloys and Compounds.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.