Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

04.02.2014

«Магниты завораживают уже в детстве…»

Интервью с Русланом Анверовичем Валеевым (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ).

Р.А. Валеев – начальник сектора «Специальные стали и сплавы для приборов и агрегатов, магнитные материалы» лаборатории Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Один из разработчиков ряда термостабильных высокоэнергетических магнитотвердых материалов на основе системы Nd-Fe-B, в том числе с нулевым температурным коэффициентом индукции, для авиационных приборов.

Лауреат Всероссийского конкурса «Инженер года – 2008» (версия «Инженерное искусство молодых» в номинации «Приборостроение и диагностика»). Являлся научным руководителем государственного контракта, заключенного с Министерством образования и науки в рамках мероприятия «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы». Стипендиат Оборонно-промышленного комплекса за значительный вклад в создание прорывных технологий.

Р.А. Валееву присвоено звание «Лучший работник ФГУП «ВИАМ» по итогам второго полугодия 2013 года».

Автор четырех изобретений и более 40 публикаций.

«Материалы, без которых невозможна техническая цивилизация...»

Среднюю школу я закончил в 1995 году, в разгар времен, когда молодежь стремилась получить высшее образование финансово-экономико-юридического либо менеджерского профиля, а интерес к техническим направлениям был слабым. Но моя ситуация была отчасти особая: учился не просто в школе, а в школе-лицее, состоявшей одновременно при Государственной академии управления (ГАУ) и МАТИ (ныне это Российский государственный технологический институт имени К.Э. Циолковского). Оттуда была прямая дорога в один из этих вузов, и большинство выбрало управленческую стезю. Но я и еще несколько моих товарищей оказались «белыми воронами», поступили в МАТИ. И отец меня в этом выборе поддержал, семья у нас инженерная. Совсем легко поступление не далось, конкурс кое-какой был, но все же тогда в технические вузы было легче поступить, чем сейчас, теперь молодежь стала лучше понимать ценность технических, инженерных профессий. Так я оказался на 4-м факультете МАТИ «Материаловедение и технология материалов».

Учился с охотой и с удовольствием занимался спортом, который полюбил с детства. Была даже мысль перейти в спортивную школу, потом окончить соответствующий институт и стать тренером, но не сложилось. Однако и по своему желанию, и по наставлениям родителей отдал должное разным видам спорта. И спортивной гимнастике (был даже призером соревнований по Москве), и лыжным гонкам, и академической гребле. Ездили в Крылатское, на базу в Серебряном Бору, участвовали в соревнованиях – романтика!..

На практику я попал в экспериментальную лабораторию Томилинского завода алмазного инструмента, это одно из ведущих и старейших предприятий инструментальной отрасли России, сейчас оно называется «МПО по выпуску алмазного инструмента». Такой инструмент служит для обработки материалов высокой прочности, прежде всего, камнеобработки (мрамора, гранита и др.). Основным материалом для создания такого инструмента являются синтетические алмазные порошки. Как я оказался на этой «алмазной россыпи»? В ходе обучения у нас большое внимание уделялось порошковым материалам, и на этом предприятии у МАТИ была база практики. Кстати, отец Тимофея Генриховича Ягудина, на кафедре которого я учился, работал на этом заводе главным технологом.

Мне на предприятии очень понравилось. Хороший коллектив, интересные задачи, и делать приходилось именно то, чему нас учили в институте. По материалам практики написал диплом и рассчитывал поступить туда на работу.

Но к окончанию учебы в институте, в 2001 году, появились и другие варианты. В МАТИ приезжал сотрудник ВИАМ Владимир Иванович Лукин (сейчас он начальник 4-й лаборатории, которая занимается сваркой), рассказывал об этом институте и его научных направлениях. Я решил посмотреть. Приехал по приглашению Владимира Ивановича, зашел в несколько лабораторий. И в 37-й лаборатории встретился с Вадимом Петровичем Пискорским, который занимался магнитами.

Знакомство с этим человеком и дальнейшая работа под его началом дали мне очень много. Вадим Петрович – практически основатель «магнитного направления» в ВИАМе. Позже я узнал, что он – один из немногих представителей своего поколения, которые остались работать в институте (и в науке вообще) в сложные 1990-е годы. А тогда, в первую встречу, он рассказал о работе лаборатории, об особенностях создания магнитов и сферах их применения. И я заинтересовался этим направлением.

Тут надо сказать, что большинство мальчишек магниты завораживают уже в детстве, когда впервые попадают в руки эти удивительные штуковины, притягивающие железо. Я не был исключением. Однако у одних это удивление скоро проходит – ну, притягивает и притягивает, на то и магнит. Но у людей с мало-мальски техническим складом ума возникает стремление разобраться, как же все-таки это получается? И детский интерес ожил во мне, тем более что я уже понимал: магниты не только забава, но основа многих необходимых приборов, это материалы, без которых невозможна техническая цивилизация.

«Особенно нравится то, что здесь весь процесс в твоих руках…»

Уже в ходе первого посещения увидел, что в ВИАМе работа с металлическими материалами ведется комплексно, есть лаборатории по сплавам, деформации, сварке, другим направлениям. Что касается магнитов, то их создание основано на порошковой металлургии, а эти методы были мне хорошо знакомы. Так что магниты оказались ближе всего, «притянули». Уходя в тот день со «второй территории» ВИАМа, для себя решил: если удастся устроиться, буду работать здесь. Наука показалась очень интересным делом, хотя и понимал, что занятия ею требуют не только знаний, но и упорства, усидчивости. Решил постараться и поторопиться, стал устраиваться на работу сразу после окончания института, не дав себе никакого отдыха. И меня взяли в ВИАМ. Всего нас, молодежи, тогда пришло четверо, и можно сказать, что мы перенесли сюда студенческую атмосферу – имею в виду атмосферу свойственного молодежи творческого поиска, а не атмосферу студенческой безалаберности. Да это тут бы и не прошло…

Тогда, в начале 2000-х, с оборудованием у нас, как, впрочем, и во всех научных организациях, было очень небогато. Первым моим делом стало восстановление вакуумного оборудования, с помощью которого и создаются постоянные магниты. Что особенно нравилось и нравится до сих пор, так это то, что весь процесс здесь в твоих руках, начиная от сырья, слитка металла, и заканчивая созданием готового магнита с заданными свойствами. Это общевиамовская специфика: наука и технология у нас неразрывны. Но магниты – совершенно особый материал и, пожалуй, одно из самых новых направлений в нашем институте. До Вадима Петровича Пискорского ими никто не занимался, не было такой задачи, так что мы чувствуем себя первопроходцами.

В чем особенность магнитов? Хотя бы вот в чем. Есть несколько оснований для классификации материалов, и по одному из этих оснований они делятся на конструкционные и функциональные. Первые служат для создания конструкций, вторые выполняют определенные функции. Когда удается достигнуть совмещения, это большая удача – как, например, ставшее нашей классикой включение брони в силовую схему планера штурмовика Ил-2 времен Великой Отечественной войны, в котором броня служила и важнейшим элементом конструкции, и выполняла функцию защиты. Этот самолет у наших военных получил прозвище «горбатый», а немцы звали его «мясорубкой» и даже «черной смертью»…

Так вот, магниты – материал почти всегда чисто функциональный. Хотя, как исключение, бывают магнитные материалы, которые, выполняя определенную функциональную роль, являются также элементами конструкции, например, магнитные резиновые герметизирующие прокладки на дверцах холодильников. Но это не по нашей части, магниты, которые делаем мы, выполняют одну функцию – являются автономными источниками постоянного магнитного поля. Магнит – это сердце прибора, своеобразный «хранитель», который можно сравнить с такими приборами из мира музыки, как метроном или камертон. Магниты нужны в моторах разного назначения, в частности, в серводвигателях, а также в датчиках, гироскопах, акселерометрах... Сейчас мы как раз выполняем очень важную работу, делаем магниты для навигационных систем.

Навигация, определение своего места в пространстве, поддержание заданного положения – все это очень важно для аппаратов, которые летают в земной атмосфере или в космосе, плавают в морях. Позиционироваться они могут при помощи либо спутников, либо бортовых гироскопов, в основе этих приборов именно магниты, а разрабатываем эти магниты именно мы. Основные требования к магнитам предъявляются следующие. Первое, это определенный уровень остаточной индукции, то есть сила создаваемого ими магнитного поля. Далее, это коэрцитивная сила – величина магнитного поля, которое нужно приложить, чтобы предварительно намагниченный до насыщения магнит размагнитился, «испортился». Важным параметром является также температурный коэффициент индукции – это устойчивость к нагреванию и охлаждению, они не должны вести к утрачиванию магнитных свойств. Наконец, определенную роль играет механическая прочность, потому что в гироскопах магниты вращаются со скоростью до 15 тысяч оборотов в минуту.

В современных приборах используются магниты в разных видах – в определенных формах, как пленки, массивы, магнитопласты. Их вес в некоторых аппаратах достигает нескольких килограммов.

В ВИАМе магнитами, или, по-научному говоря, магнитотвердыми материалами (МТМ), занимаются с 1986 года. Есть несколько разновидностей магнитов, в зависимости от тех металлов, которые используются в их основе. Классическими являются самариево-кобальтовые магниты. Магниты с основой алюминий–никель–кобальт тоже достаточно традиционны, они, как и первый вид, хороши тем, что термостабильны, не утрачивают магнитных свойств при изменении температуры. В 1980-е годы появился новый вид магнитов, на основе неодим–железо–бор. Они имеют высокий уровень остаточной индукции, но недостаточно термостабильны. Увы, так бывает в жизни, науке и технике почти всегда – выигрывая в одном, проигрываешь в другом.

«При создании магнитов мы научились убирать самые вредные фазы…»

Магниты, может быть, один из самых рукотворных и искусственных материалов, создаваемых человеком. В других направлениях материаловедения, да и конструирования, мы можем научиться у природы гораздо большему. Так, существует довольно много природных полимеров, в природе есть немало аналогов композиционных материалов, а вот естественный магнитный материал существует практически в единственном экземпляре. Это магнитный железняк, он же магнетит, он же оксид железа, известный людям уже три тысячи лет. Первые искусственно сделанные магниты появились только в конце XIX века! Казалось бы, совсем новое научное направление, на котором открытия посыплются, как из рога изобилия. Но сейчас сложилась такая ситуация, что известные системы, о которых я говорил выше, достаточно хорошо изучены, их возможности известны, и «прорыва» в них ждать не приходится.

Однако есть определенные перспективы в разработке магнитов из пяти элементов: редкоземельные элементы (празеодим и диспрозий)–железо–кобальт–бор. Но такое разнообразие элементов порождает, как мы говорим, «дикий фазовый состав», который норовит все разрушить. Да, жаргон у нас не слабее, чем у древних чернокнижников с их «алхимической свадьбой»… Но умеем мы больше, чем умели они. И при создании магнитов научились убирать самые вредные фазы. А сейчас вышли на один очень перспективный материал, который годится и для гироскопов, и для акселерометров, он и термостабильный, и остаточную индукцию хорошую имеет. Пока у этого материала даже марки нет, но, думаю, получится интересная разработка.

Как строится наша работа? Мы получаем заказ, заказчиками обычно являются «прибористы» – люди из конструкторских организаций, разрабатывающих приборы, в которых используются магниты. Кстати, это не только такие сферы, как авиация и космос. Магнитные датчики используются для измерения потоков жидкости, скажем, в трубопроводах, для измерения объемов прокачиваемой нефти, здесь от магнитов требуется особая термостабильность. Она нужна и для магнитов в амперметрах, вольтметрах; особенно – в акселерометрах и гироскопах, работающих в диапазоне температур от -50° до +80°С. «Прибористы» прекрасно знают, с какими свойствами магниты им нужны, поэтому их технические задания очень конкретные.

Получив заказ и техническое задание, мы думаем, какую использовать основу. Подбираем составляющие – кусок одной плавки определенного веса, кусок другой плавки и так далее. Есть специальная методика прогнозирования свойств магнита в зависимости от его состава, и эта методика разработана именно в ВИАМе. Далее смесь размалывается в специальных мельницах: есть конусные мельницы, обычные «дробилки», есть центробежные планетарные, есть струйные… Сначала из смеси образуются частицы размером до 600 микрон, потом получается тончайший порошок с частицами до 10 микрон. С ним работа идет уже в защитных средах. Следующее действие – отпрессовать порошок в магнитном поле с определенными характеристиками; это прессование с одновременной «зарядкой» магнитным полем и рождает магнит. Можно себе представить, как его микрокристаллические частицы, молекулы, сначала размещаются без определенного порядка, потом под воздействием магнитного поля «выстраиваются по ранжиру», приобретают упорядоченный вид – фантастическое, наверное, зрелище, а ведь ты управляешь этим процессом. Нужное положение закрепляется прессованием – вот и почти готов магнит с полюсами. Потом он отправляется в вакуумную печь и стабилизируется окончательно, после чего наступает время механической обработки – шлифовки и обточки. Вот какой у нас длинный и интересный производственный процесс, разве что не добываем руду, а так – вся цепочка наша!

«Каждый новый магнитный сплав по-своему уникален…»

Хочу еще отметить, что производство магнитотвердых материалов – прецизионное, данные материалы не просто отличаются высокой точностью, а считаются по этому параметру самыми сложными. Каждый новый магнитный сплав по-своему уникален, имеет свою структуру и свою сложную термообработку. Это дает нам основания еще больше уважать нашу работу.

Сделанный нами для заказчиков магнит должен пройти испытания, как это полагается для любого материала. В ВИАМе есть такая очень важная структура, как Испытательный центр (ИЦ), имеется техника для испытаний, определения характеристик разных материалов. Но наше «магнитное направление» и в этом плане имеет свою специфику. Можно сказать, что готовый магнит – не столько материал в прямом смысле этого слова, сколько «материал-изделие». И испытание магнита само по себе не даст полной картины, его следует испытывать уже в приборе, для которого он предназначен. Так, свойства магнита определяют даже то, какое питающее напряжение должно подаваться на прибор, 24 или 36 вольт. Поэтому испытаниями мы занимаемся вместе с заказчиками, «прибористами».

Свою кандидатскую диссертацию о термостабильных магнитотвердых материалах, созданных на основе системы Nd-De-Fe-Co-B и легированных некоторыми легкими редкоземельными металлами (руководитель – мой наставник Вадим Петрович Пискорский), я защитил в 2005 году. Как и некоторые другие наши проекты, это первая разработка такого рода в стране, и в мире тоже. А свои приоритеты надо защищать! Руководство ВИАМа, наш Генеральный директор академик РАН Евгений Николаевич Каблов требуют, чтобы разработчики новых материалов оформляли на них патенты. И мы понимаем, насколько это важно: оформление патентов служит как общеинститутским интересам, так и интересам конкретных ученых.

Несмотря на то, что наше направление относительно новое, мы накапливаем портфель заказов. Наши заказчики – Арзамасский приборостроительный завод, компания «Темп-Авиа» (тоже из Арзамаса), Раменское приборостроительное конструкторское бюро… В последнее время нашими разработками интересуются такие предприятия, как НПК «КБ машиностроения» (Коломна), ОАО «Климов» (Санкт-Петербург). Последнее – один из ведущих в стране разработчиков газотурбинных двигателей, там занимаются двигателями для вертолетов марок «Миль» и «Камов», реактивных двигателей для истребительной авиации. Наши разработки им нужны для систем автоматического управления, САУ.

Мы готовы выполнять новые заказы, потому что имеем значительный опыт работы и видим свои перспективы. Растет техническая оснащенность нашего института, а кроме того, в ВИАМе есть хорошее правило – в своих разработках каждый может пользоваться оборудованием других лабораторий и цехов. Например, мы проводим вакуумную термическую обработку образцов и изделий из жаропрочных никелевых сплавов, волокнистых материалов для истираемых уплотнений турбины ГТД, то есть помогаем коллегам из других лабораторий. Но, с другой стороны, когда недавно в ВИАМе приобрели новейшую установку для получения газораспыленных порошков, я ее, конечно, тут же опробовал, благодаря своему другу и начальнику 16-й лаборатории Александру Геннадиевичу Евгенову! ВИАМ – это большая научная семья, в которой принято помогать друг другу. А если есть понимание общего дела и условия для научной и производственной работы, значит, есть результаты, и дальше они будут.

Основные публикации и проекты Р.А. Валеева за последние годы:

- Каблов Е.Н., Петраков А.Ф., Пискорский В.П., Валеев Р.А., Сычев И.В., Чабина Е.Б. Магнитные свойства и фазовый состав материала Nd-R-Dy-Fe-Co-B (R = Ce, Y, Pr) // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд. Московского гос. горного университета. 2005.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А., Сычев И.В. Эффект Вестендорфа на магнитах Nd-Dy-Fe-Co-B // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 2006. № 4.

- Каблов Е.Н., Петраков А.Ф., Пискорский В.П., Валеев Р.А., Назарова Н.В. Расчет температурного коэффициента индукции материалов Nd-Dy-Fe-Co-B в приближении молекулярного поля // Изд. Московского гос. горного университета. Горный информационно-аналитический бюллетень. М., 2007.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А., Сычев И.В. Влияние термообработки на свойства магнитов Nd-Fe-Al-Ti-B // Изд. Московского гос. горного университета. Горный информационно-аналитический бюллетень. М., 2007.

- Назарова Н.В., Валеев Р.А., Пискорский В.П. Влияние диспрозия и кобальта на магнитные свойства магнитов системы Nd-Dy-Fe-Co-B // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы авиационного материаловедения». М., 26-27 июня 2007 г.

- Сычев И.В., Валеев Р.А., Пискорский В.П. Влияние термообработки на свойства магнитов Nd-Fe-Al-Ti-B // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы авиационного материаловедения». М., 26-27 июня 2007 г.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А. Постоянные магниты из сплавов Nd-Fe-B // В кн. Авиационные материалы. Избранные труды. 1932-2007. Под ред. академика РАН Е.Н. Каблова. М.: «ВИАМ», 2007.

- Каблов Е.Н., Петраков А.Ф., Пискорский В.П., Валеев Р.А., Назарова Н.В. Влияние диспрозия и кобальта на температурную зависимость намагниченности и фазовый состав материала системы Nd-Dy-Fe-Co-B // Изд-во «Машиностроение» МиТОМ. 2007, № 4.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А., Давыдова Е.А., Белоусова В.А. Расчет температурного коэффициента индукции материалов Pr-Dy-Fe-Co-B в приближении молекулярного поля // Перспективные материалы. Специальный выпуск. Март 2008. Сборник трудов 19-й Международной конференции «Материалы с особыми физическими свойствами и магнитные системы», г. Суздаль. Под ред. член-корр. РАН Г.С. Бурханова.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А., Брук Л.А., Сорокин А.Б., Сычев И.В. Разработка комплекснолегированных материалов системы РЗМ-Fe-Co-B с остаточной индукцией, возрастающей с повышением температуры // В кн. Отчет о научно-технической деятельности ФГУП «ВИАМ» за 2006 год (сборник реферативных статей). Под общей ред. академика РАН, профессора Е.Н. Каблова – М.: ВИАМ, 2007.

- Piskorskii V.P., Belousova V.A., Valeev R.A., Chabina E.B., Davidova E.A. Calculation of the temperature coefficient of induction Pr-Dy-Fe-Co-B magnets by molecular field theory // Moscow International Symposium on Magnetism. Book of Abstracts. Moscow. 2008.

- Kablov E.N., Petrakov A.F., Piskorskii V.P., Valeev V.A., Nazarova N.V. Effect of dysprosium and cobalt on the temperature dependence of magnetization and phase composition of a material of the Nd-Dy-Fe-Co-B system // Metal Science and Heat Treatment. 2007. Т. 49. № 3-4.

- Пискорский В.П., Бурханов Г.С., Оспенникова О.Г., Валеев Р.А., Терешина И.С., Давыдова Е.А. Влияние термической обработки на свойства наноструктурированных магнитотвердых материалов Pr-Dy-Fe-Co-B // Металлы. 2010, № 3.

- Пискорский В.П., Валеев Р.А., Брук Л.А., Сычев И.В. Разработка магнитотвердых материалов и технологии получения термостабильных магнитов // В кн. Отчет о научно-технической деятельности ФГУП «ВИАМ» за 2007 год (сборник реферативных статей). Под общей редакцией академика РАН, профессора Е.Н. Каблова – М.: ВИАМ, 2008.

- Пискорский В.П., Бурханов Г.С., Мельников С.А., Паршин А.П., Валеев Р.А., Терешина И.С., Иванов С.И. Влияние содержания неодима на свойства наноструктурированных материалов Nd(Pr)-Fe-B, полученных по бинарной технологии // Перспективные материалы. 2010. № 9.

- Мельников С.А., Пискорский В.П., Беляев И.В., Валеев Р.А., Верклов М.М., Иванов С.И., Оспенникова О.Г., Паршин А.П. Температурные зависимости магнитных свойств спеченных сплавов Nd-Fe-B, легированных сплавами РЗМ с переходными металлами // Перспективные материалы. 2011. № 11.

- Piskorskii V.P., Ospennikova O.G., Valeev R.A., Davydova E.A., Burkhanov G.S., Tereshina I.S. Effect of heat treatment on the properties of nanostructured magnetically hard Pr-Dy-Fe-Co-B materials // Russian metallurgy (Metally). 2010. Т. 2010. № 5.

- Каблов Е.Н., Пискорский В.П., Брук Л.А., Валеев Р.А., Сычев И.В., Терешина И.С., Белоусова В.А. Магнитный материал и изделие, выполненное из него // патент РФ № 2368969 от 27.09.2009 г.

- Пискорский В.П., Бурханов Г.С., Оспенникова О.Г., Терешина И.С., Валеев Р.А., Моисеева Н.С. Влияние бора на магнитные свойства магнитов на основе интерметаллидов с тетрагональной структурой // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение, 2011, № SP2.

- Пискорский В.П., Иванов С.И., Валеев Р.А., Шингарев Э.Н., Щеглова Т.М., Елебов А.В., Парфенов А.А. Влияние квазикристаллов на свойства спеченных магнитов Nd-Fe-B, Pr-Dy-Fe-Co-B, полученных по бинарной технологии // Интеграл. 2012. № 1.

- Бурханов Г.С., Пискорский В.П., Терешина И.С., Моисеева Н.С., Давыдова Е.А., Валеев Р.А. Существование области гомогенности по бору магнитотвердой фазы 2-14-1 // Доклады Академии наук, 2012, том 447, № 3.

Интервью провел и подготовил к публикации кандидат филологических наук, доцент М.И. Никитин.