Môžu sa samáriové kobaltové magnety používať viac ako desať rokov - dlhodobá stabilita kobaltu samária pri vysokej teplote

Dlhodobá stabilita magnetov je záujmom každého užívateľa. Stabilita samáriových kobaltových (SmCo) magnetov je dôležitejšia pre ich drsné aplikačné prostredie. V roku 2000 Chen^[1]a Liu^[2]et al., študovali zloženie a štruktúru vysokoteplotného SmCo a vyvinuli samárium-kobaltové magnety odolné voči vysokej teplote. Maximálna prevádzková teplota (T_max) SmCo magnetov sa zvýšila z 350 °C na 550 °C. Potom Chen a spol. zlepšila odolnosť SmCo proti oxidácii nanesením niklu, hliníka a iných povlakov na magnety SmCo.

V roku 2014 Dr. Mao Shoudong, zakladateľ „MagnetPower“, systematicky študoval stabilitu SmCo pri vysokých teplotách a výsledky boli publikované v JAP^[3]. Všeobecné výsledky sú nasledovné:

1. KedySmCoje vo vysokoteplotnom stave (500°C, vzduch), ľahko sa na povrchu vytvorí degradačná vrstva. Degradačná vrstva sa skladá hlavne z vonkajšieho vodného kameňa (samarium je vyčerpané) a vnútornej vrstvy (veľa oxidov). Základná štruktúra SmCo magnetov bola úplne zničená v degradačnej vrstve. Ako je znázornené na obrázku 1 a obrázku 2.

Obr.1. Optické mikrofotografie Sm₂Co₁₇magnety izotermicky spracované na vzduchu pri 500 °C počas rôznych časov. Degradačné vrstvy pod povrchmi, ktoré sú (a) rovnobežné a (b) kolmé na os c.

Obr.2. Mikrosnímka BSE a riadkové skenovanie prvkov EDS cez Sm₂Co₁₇magnety izotermicky spracované na vzduchu pri 500 °C počas 192 h.

2. Hlavná tvorba degradačnej vrstvy významne ovplyvňuje magnetické vlastnosti SmCo, ako je znázornené na obrázku 3. Degradačné vrstvy pozostávali najmä z tuhého roztoku Co(Fe), CoFe2O4, Sm2O3, a ZrOx vo vnútorných vrstvách a Fe3O4, CoFe2O4 a CuO vo vonkajších mierkach. Co (Fe), CoFe2O4 a Fe3O4 pôsobili ako mäkké magnetické fázy v porovnaní s tvrdou magnetickou fázou centrálnych neovplyvnených magnetov Sm2Co17. Degradačné správanie by sa malo kontrolovať.

Obr. 3. Magnetizačné krivky Sm₂Co₁₇magnety izotermicky spracované na vzduchu pri 500 °C počas rôznych časov. Skúšobná teplota magnetizačných kriviek je 298 K. Vonkajšie pole H je rovnobežné s osou c zarovnania Sm₂Co₁₇magnety.

3. Ak sa na SmCo nanesú povlaky s vysokou odolnosťou voči oxidácii, aby sa nahradili pôvodné galvanické povlaky, proces degradácie SmCo sa môže výraznejšie inhibovať a stabilita SmCo sa môže zlepšiť, ako je znázornené na obrázku 4. AplikáciaALEBO povlakvýznamne inhibujú zvýšenie hmotnosti SmCo a stratu magnetických vlastností.

Obr.4 štruktúra povlaku OR proti oxidácii na Sm₂Co₁₇magnet.

„MagnetPower“ odvtedy vykonal experimenty s dlhodobou stabilitou (~ 4000 hodín) pri vysokej teplote, čo môže poskytnúť referenciu stability magnetov SmCo pre budúce použitie pri vysokých teplotách.

V roku 2021 na základe požiadavky na maximálnu prevádzkovú teplotu spoločnosť „MagnetPower“ vyvinula sériu tried od 350 °C do 550 °C （T séria). Tieto druhy môžu poskytnúť dostatočné možnosti pre vysokoteplotnú aplikáciu SmCo a magnetické vlastnosti sú výhodnejšie. Ako je znázornené na obrázku 5. Podrobnosti nájdete na webovej stránke:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Obr.5 Vysokoteplotné magnety SmCo (séria T) „MagnetPower“

ZÁVERY

1. Ako vysoko stabilné permanentné magnety vzácnych zemín možno SmCo krátkodobo používať pri vysokej teplote (≥350°C). Vysokoteplotný SmCo (séria T) je možné aplikovať pri 550 °C bez nevratnej demagnetizácie.

2. Ak sa však magnety SmCo používali pri vysokej teplote (≥350°C) po dlhú dobu, povrch je náchylný na tvorbu degradačnej vrstvy. Použitie antioxidačného povlaku môže zabezpečiť stabilitu SmCo pri vysokej teplote.

Odkaz

[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)