МИСИС описал дефекты в магнитах без редкоземельных металлов
НИТУ МИСИС выяснил, почему перспективный магнитный сплав Mn-Al-Ga теряет часть расчётных характеристик. Исследователи связали снижение намагниченности примерно на 10% с дефектами кристаллической решётки, которые возникают внутри материала. Работа важна для разработки постоянных магнитов без редкоземельных металлов, от которых зависят электромобили, генераторы и промышленная электроника.
Речь идёт о сплаве на основе марганца, алюминия и галлия. Его рассматривают как одну из альтернатив неодимовым и другим редкоземельным магнитам, которые дают высокую удельную мощность, но обходятся дороже и завязаны на ограниченную сырьевую базу. По оценкам Международного энергетического агентства, спрос на редкоземельные элементы со стороны электромобилей и ветрогенерации в этом десятилетии будет расти двузначными темпами, а Китай сохраняет доминирующие позиции в переработке редкоземельного сырья и выпуске магнитов.
Учёные изучили быстрозакалённый Mn-Al-Ga с помощью просвечивающей электронной микроскопии и атомного моделирования. Анализ показал, что в материале формируется большое число линейных дефектов. Они создают границы между участками кристалла, где нарушается порядок расположения атомов, а вблизи таких границ возникает антиферромагнитная связь между атомами марганца. Часть атомов начинает компенсировать магнитный момент друг друга, из-за чего падает суммарная намагниченность.
Для прикладной разработки это более полезный результат, чем очередное обещание «заменить неодим». Исследователи не просто подтвердили, что свойства сплава хуже расчётных, а показали конкретный механизм потерь. Это даёт возможность менять режимы получения материала и искать способы снизить количество дефектов ещё на стадии синтеза.
Интерес к таким материалам растёт не только в академической среде. Tesla ещё в 2023 году говорила о силовых установках следующего поколения с меньшей зависимостью от редкоземельных металлов, а автопроизводители и поставщики компонентов параллельно тестируют ферритовые и марганцевые альтернативы для части электромоторов и датчиков. Проблема в том, что у заменителей обычно хуже магнитная энергия и стабильность характеристик. Если Mn-Al-Ga удастся довести до более предсказуемых параметров, он может занять нишу в двигателях, генераторах и силовой электронике, где критична не максимальная мощность, а баланс цены и доступности сырья.
