האם ניתן להשתמש במגנטים של קובלט סמריום במשך יותר מעשר שנים - היציבות ארוכת הטווח של קובלט סמריום בטמפרטורה גבוהה

היציבות לטווח ארוך של מגנטים היא דאגה של כל משתמש. היציבות של מגנטים של קובלט סמריום (SmCo) חשובה יותר עבור סביבת היישום הקשה שלהם. בשנת 2000, חן^[1]וליו^[2]וחב', חוקרים את ההרכב והמבנה של SmCo בטמפרטורה גבוהה, ופיתחו מגנטים עמידים לטמפרטורה גבוהה של סמריום-קובלט. טמפרטורת הפעולה המקסימלית (T_{מקסימום}) של מגנטים של SmCo הוגדל מ-350°C ל-550°C. לאחר מכן, חן ואח'. שיפר את עמידות החמצון של SmCo על ידי הפקדת ניקל, אלומיניום וציפויים אחרים על מגנטי SmCo.

בשנת 2014, ד"ר מאו שודונג, מייסד "MagnetPower", חקר באופן שיטתי את היציבות של SmCo בטמפרטורות גבוהות, והתוצאות פורסמו ב-JAP^[3]. התוצאות הכלליות הן כדלקמן:

1. מתיSmCoנמצא במצב של טמפרטורה גבוהה (500 מעלות צלזיוס, אוויר), קל ליצור שכבת השפלה על פני השטח. שכבת הפירוק מורכבת בעיקר מאבנית חיצונית (הסמריום מדולדל) ושכבה פנימית (הרבה תחמוצות). המבנה הבסיסי של מגנטי SmCo נהרס לחלוטין בשכבת השפלה. כפי שמוצג באיור 1 ובאיור 2.

איור.1. המיקרוגרפים האופטיים של ה-Sm₂Co₁₇מגנטים איזותרמיים שטופלו באוויר ב-500 מעלות צלזיוס לזמנים שונים. שכבות השפלה מתחת למשטחים שהם (א) מקבילים ו-(ב) מאונכים לציר c.

איור 2. מיקרוגרף BSE ורכיבי EDS סריקת קו על פני ה-Sm₂Co₁₇מגנטים טיפול איזותרמי באוויר ב-500 מעלות צלזיוס למשך 192 שעות.

2. היווצרותה העיקרית של שכבת הפירוק משפיעה באופן משמעותי על התכונות המגנטיות של SmCo, כפי שמוצג באיור 3. שכבות הפירוק הורכבו בעיקר מתמיסת Co(Fe) מוצקה, CoFe2O4, Sm2O3 ו-ZrOx בשכבות הפנימיות ו-Fe3O4, CoFe2O4, ו-CuO בסולמות החיצוניים. ה-Co(Fe), CoFe2O4 ו-Fe3O4 פעלו כשלבים מגנטיים רכים בהשוואה לשלב המגנטי הקשה של מגנטי Sm2Co17 המרכזיים שאינם מושפעים. יש לשלוט בהתנהגות ההשפלה.

איור 3. עקומות המגנטיזציה של Sm₂Co₁₇מגנטים איזותרמיים שטופלו באוויר ב-500 מעלות צלזיוס לזמנים שונים. טמפרטורת הבדיקה של עקומות המגנטיזציה היא 298 K. השדה החיצוני H מקביל ליישור ציר ה-C של Sm.₂Co₁₇מגנטים.

3. אם ציפויים בעלי עמידות חמצון גבוהה מופקדים על SmCo כדי להחליף את ציפוי האלקטרוני המקורי, ניתן לעכב את תהליך הפירוק של SmCo בצורה משמעותית יותר ולשפר את היציבות של SmCo, כפי שמוצג באיור 4. היישום של SmCoציפוי אומעכבים באופן משמעותי את עליית המשקל של ה-SmCo ואובדן התכונות המגנטיות.

איור 4 מבנה ציפוי ההתנגדות לחמצון OR על ה-Sm₂Co₁₇מַגנֵט.

"MagnetPower" ביצעה מאז ניסויים של יציבות ארוכת טווח (~4000 שעות) בטמפרטורה גבוהה, מה שיכול לספק התייחסות יציבות של מגנטים של SmCo לשימוש עתידי בטמפרטורות גבוהות.

בשנת 2021, בהתבסס על דרישת טמפרטורת ההפעלה המקסימלית, "MagnetPower" פיתחה סדרה של דרגות מ-350°C עד 550°C （סדרת T）. ציונים אלה יכולים לספק אפשרויות מספיקות עבור יישום SmCo בטמפרטורה גבוהה, והתכונות המגנטיות יתרון יותר. כפי שמוצג באיור 5. אנא עיין בדף האינטרנט לפרטים:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

איור 5 מגנטי SmCo בטמפרטורה גבוהה (סדרת T) של "MagnetPower"

מסקנות

1. כמגנטים קבועים של אדמה נדירה ויציבה במיוחד, ניתן להשתמש ב-SmCo בטמפרטורה גבוהה (≥350°C) לפרק זמן קצר. ניתן ליישם את SmCo בטמפרטורה גבוהה (סדרת T) ב-550°C ללא דה-מגנטיזציה בלתי הפיכה.

2. עם זאת, אם נעשה שימוש במגנטים של SmCo בטמפרטורה גבוהה (≥350 מעלות צלזיוס) במשך זמן רב, המשטח נוטה לייצר שכבת השפלה. השימוש בציפוי נוגד חמצון יכול להבטיח את יציבות ה-SmCo בטמפרטורה גבוהה.

הַפנָיָה

[1] CHChen, IEEE Transactions on Magnetics, 36, 3291-3293, (2000);

[2] JF Liu, Journal of Applied Physics, 85, 2800-2804, (1999);

[3] Shoudong Mao, Journal of Applied Physics, 115, 043912,1-6 (2014)