Вісник НАН України. 2015. № 4. С. 68–79.
https://doi.org/10.15407/visn2015.04.068
НОСЕНКО Віктор Костянтинович —
доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу кристалізації
Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
АМОРФНІ ТА НАНОКРИСТАЛІЧНІ СПЛАВИ
ДЛЯ ПРИЛАДОБУДУВАННЯ І ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України
25 лютого 2015 року
Висвітлено результати розроблення технології отримання магнітом’яких аморфних і нанокристалічних стрічкових сплавів на основі заліза надшвидким охолодженням розплаву, а також виготовлення з них магнітопроводів з високою термічною стабільністю магнітних властивостей. Наведено приклади впровадження розроблених нано-кристалічних магнітопроводів, трансформаторів і дроселів на їх основі в таких галузях промисловості, як енергетика, силова електроніка, приладобудування. Проаналізовано перспективи їх широкомасштабного застосування.
Ключові слова: аморфні та нанокристалічні сплави, технологія надшвидкого охолодження розплаву, приладобудування, енергозбереження.
Однією з найактуальніших проблем сучасного етапу технічного прогресу є енергозбереження, яке забезпечується створенням ресурсоощадних технологій, матеріалів і устаткування. Важливе місце у вирішенні цієї проблеми посідають нові матеріали з аморфною і нанокристалічною структурою та технології їх отримання. Сьогодні кардинальне технічне й технологічне оновлення підприємств, що випускають вироби для радіоелектронної техніки, приладобудування та енергетики [1], неможливе без розроблення та впровадження нового високопродуктивного технологічного обладнання для отримання нових аморфних і нанокристалічних сплавів за технологією надшвидкого охолодження розплаву (НШОР).
Нині українські показники енергоспоживання є одними з найвищих у світі, вони в 4 рази більші, ніж у країнах – членах ЄС. За інформацією Міністерства палива та енергетики, у 2013 р. енергоспоживання в Україні становило 147 264 млн кВт·год, при цьому технологічні втрати електроенергії на її транспортування та розподіл електричними мережами були на рівні 18 997 млн кВт·год (12,8%). Основною причиною таких великих втрат є те, що сьогодні в Україні більша частина генеруючих активів (близько 200 тис. трансформаторних підстанцій напругою 6–150 кВ і приблизно 1 млн км ліній електропередач) зношені більш ніж на 35%, а також низькоефективні [2]. Модернізації та оновлення потребують електрообладнання, системи автоматики й безпеки (зокрема, обладнання для релейного захисту високовольтних мереж), системи ведення обліку електроспоживання. В Україні експлуатують понад 100 тис. вимірювальних трансформаторів струму низького класу точності з осердями із трансформаторної сталі, в яких загальний недооблік електроенергії становить більш як 200 тис. МВт·год. Крім того, в інтересах національної енергетичної безпеки розроблення нових технологій, виготовлення сучасних магнітом’яких матеріалів та електротехнічного обладнання має здійснюватися в Україні.
Загалом у світі 97% осердь трансформаторів і двигунів виготовляють з неефективних сталевих Fe-3% Si стрічок та листів. Щороку людство втрачає 670 ТВт·год (3,4% загального споживання енергії) через теплові втрати в залізі. За оцінками експертів [3], використання нових нанокристалічних сплавів FeSiBPCu тільки в період до 2020 р. може зберегти 297 млн т нафти. Для зменшення гігантських втрат потужності в умовах нинішнього очікування високої ефективності та поліпшених технічних характеристик гібридних/електричних транспортних засобів необхідно розробляти нові магнітом’які матеріали з великою індукцією насичення в поєднанні з малими питомими втратами на перемагнічування. Повний текст (PDF)