Новый магнитотвёрдый сплав, характеристики которого можно менять в зависимости от поставленной задачи, разрабатывает группа учёных из НИТУ «МИСиС». Подобные материалы сегодня используют как в технологически сложных устройствах, эксплуатируемых в экстремальных условиях, так и в бытовых вещах, призванных сделать удобнее нашу повседневную жизнь. В России такие материалы не производят.

Их, как правило, завозят из Китая. Эксперты говорят по этому поводу: весь мир сидит на китайской магнитной игле. Пределов для роста спроса на магнитотвёрдые материалы в ближайшее время не видно. Конечный продукт, который производят из таких сплавов, – постоянные магниты – используется повсеместно, от приборостроения и электроники до банальных шторок для дачи. Понимая это, китайцы, которые, казалось, ещё вчера привлекали покупателей невысокой стоимостью продукции, начали взрывать ценовую политику. В России заговорили о необходимости развития собственного производства магнитотвёрдых материалов.

Главный вопрос, который стоит перед отечественными разработчиками: как создать такой материал, чтобы наш производитель магнитов, повинуясь не приказам сверху, а собственным рациональным доводам, переориентировался на российскую продукцию.

Группа учёных из МИСиС под руководством Вадима Тарасова, заведующего кафедрой цветных металлов и золота близка к тому, чтобы найти решение этой задачи, используя новые технологические подходы на всех этапах создания таких материалов, начиная от получения исходного сырья и заканчивая управлением их характеристиками.

Одна из российских «фишек» состоит в том, что сырьевой базой для магнитных материалов станет побочный продукт промышленного производства – фосфогипс. Это практически отходы, их количество в России исчисляется сотнями миллионов тонн, и они очень дёшевы.

Именно из них учёные предлагают получать редкоземельные металлы (из тех в свою очередь производят сплавы для магнитов), по стоимости производства которых Россия пока никак не может конкурировать с китайцами. Более того, кроме концентрата редкоземельных металлов, из фосфогипса получается дешёвый гипс, который сегодня используют в строительстве как экологически чистый и практичный компонент.

«Таким образом, мы убиваем сразу трёх зайцев: перерабатываем весьма токсичные промышленные отходы, получаем дешёвые редкоземельные металлы и плюс ещё прекрасный дешёвый гипс, природных месторождений которого в России очень мало, и за которым буквально охотятся строительные компании, – поясняет Вадим Тарасов. – Мы рассматривали и другие способы извлечения редкоземельных металлов, но в итоге решили, что выгоднее всего покопаться вот в этой «помойке». Правда, в состав фосфогипса входит еще и радиоактивный торий, но мы научились от него избавляться».

Из фосфогипса в итоге извлекают тербий, диспрозий, самарий и гадолиний. Чтобы приготовить нужный «микст», концентрированные порошки этих металлов засыпают в колбу с органической жидкостью и вращают в центробежных экстракторах. Из полученного оксида способом электролиза получают лигатуру, то есть заданного состава магнитный сплав, которую в свою очередь намагничивают в специальных установках.

На основе этих сплавов учёные планируют получить монокристаллы, которые затем будут выращивать в специально созданных условиях, и с их помощью уже создавать монокристаллический материал, обладающий высокой механической прочностью. На заключительном этапе должна быть создана новая опытно-промышленная установка, которая позволит получать недорогой наноструктурированный магнитотвёрдый материал с заданными характеристиками.

По словам Вадима Тарасова, российские сплавы будут иметь улучшенные эксплуатационные свойства, что позволит магнитам на их основе исправно работать как на арктическом шельфе, так и в космосе. Ещё одно важное преимущество – возможность управлять характеристиками таких материалов, манипулируя различными добавками.

«Условно говоря, мне звонят с производства и просят предоставить сплав с более высокими прочностными характеристиками. Мы тут же, в реальном времени, оптимизируем состав материала, изменяем его режим изготовления под конкретный заказ. С точки зрения технолога это высший пилотаж. Мы получаем не инерционную, а управляемую с компьютера систему», – поясняет Вадим Тарасов.

Проект поддержан ФЦП «Исследования и разработки 2014–2020» по мероприятию 1.3 (проект № 14.578.21.0037 «Разработка технологии получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе азотосодержащих интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа»), в качестве партнёра со стороны производственного сектора выступает предприятие ОАО «НПО «Магнитон» и госкорпорация «Росатом».