Для более экономичного и эффективного получения постоянных магнитов, необходимых в энергетике, электромашиностроении и транспортных системах, исследователи Университета МИСИС выявили улучшенный состав сплава и режим обработки.

Одним из перспективных кандидатов в качестве альтернативы редкоземельным магнитам в ряде применений считается сплав на основе марганца и алюминия. Его магнитные свойства связаны с так называемой τ-фазой. Однако она нестабильна: легко разрушается при изменении температуры или условий обработки.

Учёные НИТУ МИСИС выяснили, как на поведение такого сплава влияет добавление небольшого количества ванадия и разные режимы охлаждения — от обычной закалки до сверхбыстрого охлаждения расплава на вращающемся медном диске. В работе были рассмотрены сплавы с различным содержанием марганца в диапазоне 51–55%.

«Состав и режим охлаждения позволяют точнее управлять структурой материала. Мы выяснили, что добавление ванадия делает магнитную τ-фазу менее устойчивой: она формируется в более узком диапазоне составов и разрушается при более низкой температуре. Однако при сверхбыстрой закалке ванадий помогает получить эту фазу без дополнительной термообработки», — сказал к.т.н. Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения, ведущий научный сотрудник центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС.

Лучший результат получен для сплава на основе марганца, алюминия и ванадия (Mn₅₃Al₄₄V₃). В литом образце после закалки и отжига доля магнитной фазы превышала 90%. В тонких металлических лентах, полученных при сверхбыстром охлаждении, высокая доля этой фазы образовывалась без дополнительной термообработки, что в перспективе позволит упростить технологию получения требуемой ферромагнитной фазы с малым размером зерна. Исследователи также отмечали небольшой рост намагниченности ферромагнитной фазы.

«Ещё одним интересным результатом является обнаружение гистерезиса температуры Кюри: температура фазового перехода ферромагнетик-парамагнетик при нагреве образца оказалась более чем на 100 ℃ выше, чем при охлаждении. При этом изменения кристаллической структуры материала не наблюдалось. Такой эффект нехарактерен для большинства ферромагнетиков и не наблюдался ранее на изучаемых нами сплавах. Мы предполагаем, что наблюдаемый эффект может быть связан с протеканием магнитного фазового перехода по механизму первого рода. Сейчас мы изучаем этот эффект, так как он может быть полезен для производства различных датчиков», — сказала Анастасия Фортуна, ассистент кафедры физического материаловедения, НИТУ МИСИС.

Подробные результаты опубликованы в научном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials (Q2). Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, проект № 23-13-00161.

Исследование соответствует стратегической цели Университета МИСИС в рамках программы «Приоритет-2030»: разработка востребованных технологических продуктов мирового уровня.