Новое интервью директора ИМЕТ РАН В.С. Комлева порталу "Научная Россия"

Насколько отечественные производства зависимы от магнитов? Какие смежные отрасли необходимо развивать? Каковы перспективные направления научной работы и поможет ли искусственный интеллект? Об этом ― в интервью с директором ИМЕТ РАН членом-корреспондентом РАН Владимиром Сергеевичем Комлевым порталу "Научная Россия"

― Понятно, что создание отечественных магнитов ― это не самоцель, а только один из этапов достижения технологического суверенитета. Насколько эта отрасль критически важна и как быстро нужно получить результаты?

― Нам сейчас необходимо эффективно и в короткие сроки получить качественные результаты, начать стоит с этого. Конечно, отрасль достаточно важна для реального сектора экономики России. Например, создание электромобилей, отрасль, стремительно развивающаяся в течение последних десяти лет, использует 42% от общего мирового потребления редкоземельных магнитов (РЗМ). Этот рынок вырос не на проценты, а на десятки процентов за последнее время, поэтому важно возродить отечественную магнитную отрасль.

В Советском Союзе этому направлению уделяли огромное внимание, существовали значительные производственные мощности, например «Магнетон» (Владимир), Конструкторское бюро специальных магнитов КБСМ («Спецмагнит», Москва). Сегодня в стране есть только локальные успехи, но создать полный производственный цикл редкоземельных магнитов пока не удалось. Мы импортируем от 2,0 до 2,5 тыс. т редкоземельных магнитотвердых магнитов в год; при стоимости от $10 до более $150 за 1 кг это достаточно большой объем.

― И, вероятно, импорт магнитов в последние годы усложнился…

― Конечно, есть некоторые трудности, например действия недружественных стран, которые вводят ограничения, достаточно большое логистическое плечо по импорту и др. На рынке редкоземельных магнитов в целом лидирующие позиции занимает Глобальный Юг: до 80% РЗМ создаются в Китае. И логично, что в этой стране стремительно по экспоненте растет отрасль электромобилей. Еще около 12% мирового потребления редкоземельных магнитов приходится на ветровую энергетику. Немало используется и в производстве бытовой техники.

То есть без магнитов сегодня сложно представить повседневную жизнь, поэтому возрождение магнитной отрасли — важная стратегическая задача государства. Этим вопросом сегодня занимается ГК «Росатом»: их предприятие ООО «Русатом МеталлТех» (интегратор Топливной компании «Росатома» «ТВЭЛ») и организовало конференцию в Суздале в сентябре 2024 г. На встрече они попытались объединить научный блок, производителей и отраслевые институты: найти связь между ними, определить новые направления, обменяться мнениями о том, куда двигаться дальше. Важной темой стало обсуждение минерально-сырьевой базы, так как все начинается с руды: нам необходимо развивать добычу редкоземельных материалов и ее переработку ― фундамент создания магнитов.

Кроме того, необходимо создать производственные площади и определить, в каких магнитах мы сейчас наиболее нуждаемся: магнитные системы различаются, есть различные магнитотвердые и магнитомягкие материалы, и понятно, что требуется определенная фокусировка.

Результаты научной работы нужно внедрять в технологии, а технологии ― в производства. Конечно, бизнесу важно, чтобы свойство полученной продукции было соизмеримо с экономическим эффектом: цена и качество должны быть оптимальными. 

― Магниты ― только один из элементов различных устройств. При этом многие производства — потребители магнитов в России пока недостаточно развиты и тоже начинают возрождаться. В связи с этим есть ли определенный запас времени на развитие магнитной отрасли?

― Времени нет: возрождать магнитную отрасль России нужно было «еще вчера». Как все развивающиеся отрасли могут подтягивать к себе магнитную, так и производство магнитов влияет на них: это параллельные и взаимосвязанные процессы. Поэтому важно, чтобы смежные отрасли не находились в стагнации, и государство уделяет этому достаточно усилий и внимания.

На конференции один из докладчиков сказал: «Давайте создадим хотя бы одно крупнотоннажное производство магнитов, и оно сможет зацепить другие отрасли. Таким образом, промышленность будет постепенно и последовательно развиваться».

― На конференции определили какие-то сроки создания отечественного производства магнитов?

― ООО «Русатом МеталлТех» планирует наладить производство до 2030 г. в Глазове — это развитый промышленный центр Удмуртской Республики со статусом территории, опережающей социально-экономическое развитие, где также есть сырьевая база. Они декларируют создание крупнотоннажного производства постоянных редкоземельных магнитов до 3 тыс. т в год на основе соединений «неодим-железо-бор». Это достаточно небольшой объем, хоть он и покроет весь импорт, который поступает в Россию. По некоторым оценкам, спрос на редкоземельные магниты до 2030 г. должен вырасти в три раза с развитием электромобилей, автомобилестроения, ветровой энергетики и пр.

― Но потенциал у России и по минерально-сырьевой базе, и по научному фундаменту большой. Когда-то сможем экспортировать магниты?

― Конечно, сможем, я в этом уверен. Но на это потребуется время.

К сожалению, по различным причинам мы упустили некоторые позиции. Добыча редкоземельных материалов сейчас объективно находится не в лучшем состоянии. Развитию этой отрасли как стратегической для различных направлений экономики много внимания уделяется со стороны председателя правительства М.В. Мишустина, на это нацелены государственные программы, в частности национальный проект «Новые материалы и химия». Но существующая сегодня база была создана в прошлом веке: сейчас появляются новые, более эффективные технологии переработки редкоземельных материалов. Кроме того, прошлые месторождения исчерпываются, нужно осваивать другие. Развитию этих направлений долгое время не уделялось должного внимания.

Конечно, у нас есть минерально-сырьевая база. Но для ее освоения требуется длинная цепочка: надо добыть сырье, переработать, затем создать высокотехнологичное производство.

При этом нам нужны квалифицированные кадры, подготовка которых занимает не два-три месяца, а много больше. Специалистов, которые приходят к нам после вузов, все равно приходится переучивать: все зависит от способностей, компетенции и мотивации, но в среднем на это требуется пять-десять лет. И только потом он сможет сам создавать экспериментальные планы, придумывать идеи, работать с разными системами, а не просто выполнять указания. На воспитание такого специалиста требуется много времени, и то, что к этому нужно стремиться, все понимают. Считаю, что решить кадровую проблему в относительно кратчайшей перспективе практически невозможно.

― Какие задачи стоят перед Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН в рамках проекта по возрождению магнитной отрасли?

― На будущем предприятии, о котором я говорил, будут производиться редкоземельные магниты. Существуют редкоземельные магнитотвердые материалы на основе соединений «самарий-кобальт» и «неодим-железо-бор». У них достаточно сильные магнитные свойства, но они имеют высокую хрупкость.

Существуют и магниты других систем. Например, литые магниты на основе железа-никеля-алюминия. У них низкие гистерезисные свойства, но они достаточно прочные и имеют высокую температурно-временную стойкость до 500–600 oC. Третий класс магнитов ― деформируемые: железо-кобальт-хром. У них также низкие магнитные свойства, но они обладают высокими механическими свойствами и могут эксплуатироваться при высоких температурах.

Магнитов много, и они разные, но сейчас самое перспективное направление ― это магнитотвердые материалы на основе редкоземельных материалов. У них пока лучшие магнитные свойства. Предполагаю, что в электромобилях Tesla используют именно неодим-железо-бор: они этого не декларируют, но это понятно по определенным характеристикам.

В рамках сотрудничества с ГК «Росатом» перед нашим институтом стояла основная задача ― оптимизировать технико-экономические показатели новых систем магнитов. Отказаться от использования дорогих редкоземельных материалов, например неодима, и частично заменить его лантаном и церием: эти металлы дешевле, а кроме того, их добыча в России неплохо налажена. По моим данным, неодим пока приходится импортировать. Важно, что при замене одного элемента другим свойства магнита не должны были измениться. И мы нашли такую возможность: частично поменяли неодим на лантан и церий, свойства остались прежними, а цена снизилась ориентировочно на 20%. Это перспективный для последующей коммерциализации результат.

Понятно, что магниты, которые ГК «Росатом» начнет производить в Глазове, в основном будут использоваться для их целей: в первую очередь это производство элементов для ветровой энергетики. Надеюсь, что наш институт в будущем начнет проводить научное сопровождение проекта до реализации этого производства под ключ. У нас есть пример успешной работы, например, с Трубной металлургической компанией, завод которой выпускает 300–400 тыс. т нержавеющей стали: даже в СССР не выпускали таких объемов нержавейки. Мы создавали цифровые двойники этого производства, проводили расчеты, экспериментальную работу и научное сопровождение.

― К слову о цифровых двойниках: сегодня становится популярным направление цифрового материаловедения. Искусственный интеллект может помочь в магнитной отрасли?

― Конечно, искусственный интеллект развивается и сокращает количество рутинной работы. Например, для того чтобы создать оптимальный сплав для медицинского имплантата с двумя-тремя заданными свойствами, нужно перебрать в экспериментах 10108 вариаций. Колоссальная трудоемкость…

ИИ же после расчетов предлагает более узкий интервал поиска. Полностью он, конечно, не заменит эксперименты, по крайней мере в ближайшей перспективе, но количество вариантов сократится значительно и с ними можно будет работать, отбросив то, что признано неперспективным.

― В магнитной отрасли видны перспективные направления научной работы? Чем сейчас занимаются ученые?

― По развитию этого направления есть три основных научных школы: Уральский федеральный университет (УрФУ), Московский институт стали и сплавов (МИСИС) и Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН). Не хочу обидеть другие организации, но большее количество коллективов концентрируется здесь.

Можно выделить два основных тренда развития магнитной отрасли. В первую очередь это поиск новых составов с более высокими магнитными свойствами и возможностью эксплуатации этих магнитов при других температурах или механических нагрузках.

― И, опять же, для снижения стоимости…

― Технико-экономические условия должны учитываться всегда ― это неписаное правило. Можно сделать что-то новое, но если оно будет стоить условно миллиард единиц, масштабировать разработку не получится и она никому не будет нужна. Поэтому составы, разумеется, должны быть оптимизированы с точки зрения экономики.

Одна из проблем магнитов на основе РЗМ — в очень низких механических свойствах. Упрощенно, их производят по принципу порошковой металлургии: порошок компактируется в магнитном поле. Высокая хрупкость не даст возможности использовать такие магниты при нагрузках. В сложных условиях применяют деформируемые или литые магниты, но у них более низкие магнитные свойства.

Поэтому так важно искать новые составы, в том числе с помощью цифровых технологий. Но пока борьба идет только за проценты того или иного свойства, впечатляющих и революционных находок еще нет. Впрочем, это дело будущего и задача молодых ученых: возможно, они найдут составы, которые помогут во много раз повысить и механические, и магнитные свойства.

Второе направление развития магнитной отрасли ― технологическое. Например, это применение аддитивного производства для изготовления магнитов сложной конфигурации. И технологии трехмерной печати для этого наиболее эффективны: методами литья или деформации добиться сложной геометрии непросто.

Аддитивное производство часто представляется как что-то простое: в станок засыпается порошок, из которого формируется деталь. На самом деле в этой области много подводных камней, но заметно и развитие. Например, это касается тех же порошков. Еще пять-семь лет назад оборудование, скажем, для селективного лазерного спекания в основном поставлялось из недружественных стран, причем с расходными материалами. То есть использовать свои порошки мы не могли: программа ограничивала возможность использования любых материалов, кроме материалов производителя. Порошок должен быть идеально сферическим и без оксидного слоя. То есть приходилось постоянно заказывать дополнительное сырье.

― Напоминает принцип «Кулер мы вам поставим бесплатно, но за воду придется платить»…

― Да, это бизнес и ничего больше.

С введением санкций многие столкнулись с проблемой отсутствия порошков в России. В нашем институте эти задачи решаются достаточно активно с использованием плазмохимических установок синтеза. Мы «разбираем» порошок на части и определяем условия, при которых его возможно синтезировать в плазме. К нам стоит очередь с разных предприятий: заказывают материалы ― начиная с серебра, нержавейки, цветных металлов и заканчивая тугоплавкими порошками. Мы также создаем и само оборудование для аддитивного производства: в этом году несколько установок у нас заказали предприятия ГК «Росатом» и ГК «Роскосмос».

― То есть в части науки все хорошо, осталось подтянуть производства?

― Сказать «все хорошо» было бы неверно, я бы сформулировал иначе. У нас сохранены кадры, научные школы, работающие в разных направлениях. Например, это поиск новых составов магнитных материалов с высокими свойствами и развитие аддитивного производства. Каждый в своей области пытается найти новые эффективные подходы и технологии, интересные отрасли промышленности.

К сожалению, производство магнитов в большом объеме в России отсутствует, это надо признать. Есть локальные истории успехов, но таких объемов в перспективе явно не хватит для развития других отраслей. Поэтому проблемой сегодня занялся ГК «Росатом». Мы со своей стороны, как наука, оказываем содействие в оптимизации некоторых составов: для этого есть и компетенции, и коллективы, и оборудование. Более того, в относительно небольших объемах производить магниты можем даже мы: в ИМЕТ РАН, в научном институте, который занимается фундаментальными исследованиями, мы производим магниты в небольшом объеме на сумму около 20–25 млн руб. ежегодно.

Поэтому я оптимистично смотрю на развитие магнитной отрасли: в ближайшие пять лет ее уровень значительно вырастет. 



Источник: портал "Научная Россия"