Kas samariumi koobaltimagneteid saab kasutada rohkem kui kümme aastat - samariumi koobalti pikaajaline stabiilsus kõrgel temperatuuril

Magnetite pikaajaline stabiilsus on iga kasutaja mure. Samariumkoobalti (SmCo) magnetite stabiilsus on nende karmi kasutuskeskkonna jaoks olulisem. 2000. aastal Chen^[1]ja Liu^[2]et al., uurisid kõrgtemperatuurse SmCo koostist ja struktuuri ning töötasid välja kõrgel temperatuuril vastupidavad samarium-koobaltmagnetid. Maksimaalne töötemperatuur (T_max) SmCo magnetite temperatuur tõsteti 350 °C-lt 550 °C-ni. Pärast seda Chen et al. parandas SmCo oksüdatsioonikindlust, sadestades SmCo magnetitele nikli, alumiiniumi ja muid katteid.

2014. aastal uuris “MagnetPoweri” asutaja dr Mao Shoudong süstemaatiliselt SmCo stabiilsust kõrgetel temperatuuridel ning tulemused avaldati ajakirjas JAP^[3]. Üldised tulemused on järgmised:

1. MillalSmCoon kõrgtemperatuurilises olekus (500°C, õhk), pinnale on lihtne moodustada lagunemiskihti. Lagunemiskiht koosneb peamiselt välisest katlakivist (samarium on ammendunud) ja sisekihist (palju oksiide). SmCo magnetite põhistruktuur hävis lagunemiskihis täielikult. Nagu on näidatud joonisel 1 ja joonisel 2.

Joonis 1. Sm-i optilised mikropildid₂Co₁₇magnetid isotermiliselt töödeldud õhus temperatuuril 500 °C erinevatel aegadel. Lagunemiskihid pindade all, mis on (a) paralleelsed ja (b) c-teljega risti.

Joonis 2. BSE mikrograafi ja EDS elementide joon-skaneerimine üle Sm₂Co₁₇magnetid isotermiliselt töödeldud õhus temperatuuril 500 °C 192 tundi.

2. Lagunemiskihi peamine moodustumine mõjutab oluliselt SmCo magnetilisi omadusi, nagu on näidatud joonisel 3. Lagunemiskihid koosnesid peamiselt Co(Fe) tahkest lahusest, CoFe2O4, Sm2O3 ja ZrOx sisemistes kihtides ning Fe3O4, CoFe2O4 ja CuO välisskaalas. Co (Fe), CoFe2O4 ja Fe3O4 toimisid pehmete magnetiliste faasidena võrreldes kesksete mõjutamata Sm2Co17 magnetite kõva magnetfaasiga. Lagunemiskäitumist tuleks kontrollida.

Joonis 3. Sm magnetiseerimiskõverad₂Co₁₇magnetid isotermiliselt töödeldud õhus temperatuuril 500 °C erinevatel aegadel. Magnetiseerimiskõverate katsetemperatuur on 298 K. Välisväli H on paralleelne Sm c-telje joondusega₂Co₁₇magnetid.

3. Kui SmCo-le kantakse kõrge oksüdatsioonikindlusega katteid, et asendada algsed galvaniseerimiskatted, saab SmCo lagunemisprotsessi oluliselt pärssida ja SmCo stabiilsust parandada, nagu on näidatud joonisel 4.VÕI katepärsivad oluliselt SmCo massi suurenemist ja magnetiliste omaduste kadumist.

Joonis 4 Sm oksüdatsioonikindluse VÕI katte struktuur₂Co₁₇magnet.

"MagnetPower" on sellest ajast alates läbi viinud pikaajalise stabiilsuse (~ 4000 tundi) katseid kõrgel temperatuuril, mis võib anda SmCo magnetite stabiilsuse võrdlusaluse edaspidiseks kasutamiseks kõrgetel temperatuuridel.

2021. aastal on „MagnetPower” maksimaalse töötemperatuuri nõude alusel välja töötanud rea klassid vahemikus 350 °C kuni 550 °C （T-seeria）. Need klassid võivad pakkuda piisavaid valikuid kõrgel temperatuuril SmCo kasutamiseks ja magnetilised omadused on soodsamad. Nagu on näidatud joonisel 5. Üksikasju vaadake veebilehelt:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Joonis 5 MagnetPoweri kõrge temperatuuriga SmCo magnetid (T-seeria)

JÄRELDUSED

1. Väga stabiilse haruldaste muldmetallide püsimagnetina saab SmCo-d kasutada lühikese aja jooksul kõrgel temperatuuril (≥350 °C). Kõrge temperatuuriga SmCo (T-seeria) saab rakendada 550 °C juures ilma pöördumatu demagnetiseerimiseta.

2. Kui aga SmCo magneteid kasutati pikka aega kõrgel temperatuuril (≥350°C), võib pinnale tekkida lagunemiskiht. Antioksüdatsioonivastase katte kasutamine võib tagada SmCo stabiilsuse kõrgel temperatuuril.

Viide

[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)