КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-79-00267
НазваниеФункциональные магнитные материалы на основе сплавов системы Fe-Cr-Co-B-Mе со структурой естественного композита, полученные при кристаллизации из аморфного состояния
Руководитель Занаева Эржена Нимаевна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения
Ключевые слова магнитные свойства, спиннингование, аморфные сплавы, фазовые превращения, структура, кристаллизация, рентгеновская дифракция
Код ГРНТИ53.49.05
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие современной промышленности без применения высокоэнергоемких магнитотвердых материалов невозможно. На основе магнитотвердых материалов производят постоянные магниты, которые являются необходимыми элементами в работе широкого ряда приборов от генераторов, электродвигателей, магнитных муфт и до различного рода навигационных систем. Представляется важным решение задачи по поиску альтернативы безредкоземельных материалов для постоянных магнитов.
Проект направлен на получение магнитотвердых материалов на базе системы Fe-Co-Cr-B со структурой естественного композита, состоящего из высокоиндукционной магнитомягкой фазы α(FeCoCr), в которой возможно протекание спинодального распада с формированием упорядоченной высокоиндукционной фазы FeCo и парамагнитной фазы, обогащенной Cr, и магнитотвердой фазы Fe3B. Полученные экспериментальные результаты позволят сформулировать базовые основы создания новых магнитотвердых материалов со структурой естественного композита, состоящего из магнитотвердой фазы (борида) и магнитомягкой высокоиндуционной фазы α(FeCoCr). При этом предполагается, что прохождение спинодального распада в фазе α(FeCoCr), происходящего при термическом и/или термомагнитном воздействии, на α1(FeCo) и α2(FeCr) обеспечит дополнительный рост коэрцитивной силы материала.
В проекте планируется определить концентрационные границы области возможного спинодального распада в системе Fe-Co-Cr-B, а также установления влияния добавок альфа-стабилизаторов (Mo, Si, Al и др.) на процессы структурообразования и магнитные свойства сплавов. Применение современных методов исследования (анализ структуры сплавов методами рентгеновской дифракции, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, анализ термической стабильности с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии, анализ физических свойств сплавов с применением современных методов и оборудования), наличие у руководителя доступа и навыков работы на необходимом исследовательском оборудовании, владение глубокими теоретическими знаниями и практическим опытом работы по заявленной тематике обеспечивает достижение поставленных целей и выполнение задач исследования. Важно отметить ясную перспективу дальнейшего практического внедрения разработанных материалов ввиду того, что объекты исследования будут получены методом спиннингования – технологии, которая получила широкое внимание производителей ввиду своей высокой эффективности, технологичности и простоте масштабируемости.
Для выполнения проекта планируется привлечение одного аспиранта НИТУ МИСИС очной формы обучения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Методом спиннингования расплава получены ленты аморфных сплавов системы Fe-Co-Cr-B-Si с различным соотношением Fe к Co. Соотношения Fe к Co выбраны на основании данных о границах прохождения спинодального распада в трехкомпонентной системы Fe-Co-Cr. Вследствие фиксированного содержания элементов аморфизаторов в составе, исследуемые сплавы характеризуются значением критической толщины лент 20 мкм при этом получено, что соотношение элементов металлов не влияет на данную характеристику.
Из анализа термограмм сплавов, полученных методом дифференциальной сканирующей калориметрии получено, что с уменьшением содержания кобальта в сплавах повышается термическая устойчивость аморфной фазы и изменяется механизм кристаллизации. В сплавах с первичной кристаллизацией α-фазы она обедняется хромом по сравнению с кристаллизацией смеси α+Me3B по эвтектической реакции, где α-фаза обогащена хромом. Добавка кремния в сплавы Fe-Co-Cr-B повышает характеристические температуры сплавов, стабилизирует аморфную фазу и приводит к появлению первичной кристаллизации в сплавах с отношением Fe к Co равным 7. В результате прохождения всех стадий кристаллизации аморфной структуры фазовый состав сплавов одинаков и представляет собой смесь α-твердого раствора и стабильного борида Мe2B Установлены зависимости магнитных свойств сплавов от их структуры при кристаллизации. Показано, что для достижения высококоэрцитивного состояния необходимо поддерживать соотношение Fe к Co в составе сплавов не менее 3 при одновременном содержании хрома более 16 ат.%. Все исследуемые сплавы обладают ферромагнитными свойствами в аморфном состоянии, при этом наибольшей намагниченностью при комнатной температуре обладают сплавы с соотношение Fe к Co равным 3. Из анализа термомагнитных кривых сплавов получено, что первичная кристаллизация сплавов сопровождается постепенным ростом магнитного момента при повышении температуры и связана с постепенным ростом объемной доли α фазы, богатой Fe и Сo с высокой температурой Кюри. Эвтектическая реакция в сплавах, проходящая с выделением α и Ме3B накладывается на эффект первичной кристаллизации α фазы и сопровождается резким ростом магнитного момента сплава. Высокотемпературная реакция выделения стабильного борида в сплавах характеризуется скачкообразным ростом намагниченности сплава, обусловленного высокой скоростью роста.