Историята на редкоземните постоянни магнити за двигатели

Редкоземни елементи (редкоземни постоянни магнити) are 17 metallic elements in the middle of the periodic table (atomic numbers 21, 39, and 57-71) that have unusual fluorescent, conductive, and magnetic properties that make them incompatible with more common metals such as Iron) is very useful when alloyed or mixed in small amounts. Geologically speaking, rare earth elements are not particularly rare. Deposits of these metals are found in many parts of the world, and some elements are present in roughly the same amount as copper or tin. However, rare earth elements have never been found in very high concentrations and are often mixed with each other or with radioactive elements such as uranium. The chemical properties of rare earth elements make it difficult to separate from surrounding materials, and these properties also make They are difficult to purify. Current production methods require large amounts of ore and generate large amounts of hazardous waste to extract only small amounts of rare earth metals, with waste from processing methods including radioactive water, toxic fluorine and acids.

Най-ранните открити постоянни магнити са минерали, които осигуряват стабилно магнитно поле. До началото на 19 век магнитите са били крехки, нестабилни и направени от въглеродна стомана. През 1917 г. Япония открива кобалтова магнитна стомана, която прави подобрения. Ефективността на постоянните магнити продължава да се подобрява от откриването им. За Alnicos (Al/Ni/Co сплави) през 30-те години на миналия век тази еволюция се проявява в максималния брой увеличени енергийни продукти (BH)max, което значително подобрява качествения фактор на постоянните магнити и за даден обем магнити, максималната енергийна плътност може да бъде преобразувана в мощност, която може да се използва в машини, използващи магнити.

Първият феритен магнит е случайно открит през 1950 г. в лабораторията по физика, принадлежаща на Philips Industrial Research в Холандия. Асистент го синтезира по погрешка - той трябваше да подготви друга проба за изследване като полупроводников материал. Установено е, че всъщност е магнитен, така че е предаден на екипа за магнитни изследвания. Поради доброто си представяне като магнит и по-ниските производствени разходи. Като такъв, това беше продукт, разработен от Philips, който бележи началото на бързо нарастване на използването на постоянни магнити.

През 60-те години на миналия век първите редкоземни магнити(редкоземни постоянни магнити)са направени от сплави на лантаноидния елемент итрий. Те са най-силните постоянни магнити с високо намагнитване на насищане и добра устойчивост на размагнитване. Въпреки че са скъпи, крехки и неефективни при високи температури, те започват да доминират на пазара, тъй като техните приложения стават все по-актуални. Притежаването на персонални компютри стана широко разпространено през 80-те години на миналия век, което означаваше голямо търсене на постоянни магнити за твърди дискове.

Сплави като самарий-кобалт са разработени в средата на 60-те години на миналия век с първото поколение преходни метали и редкоземни елементи, а в края на 70-те години цената на кобалта се повиши сериозно поради нестабилните доставки в Конго. По това време най-високият самариево-кобалтов постоянен магнит (BH)max беше най-високият и изследователската общност трябваше да замени тези магнити. Няколко години по-късно, през 1984 г., разработването на постоянни магнити на базата на Nd-Fe-B беше предложено за първи път от Sagawa et al. Използване на технология за прахова металургия в Sumitomo Special Metals, използване на процеса на въртене на стопилка от General Motors. Както е показано на фигурата по-долу, (BH)max се е подобрило в продължение на почти век, започвайки от ≈1 MGOe за стомана и достигайки около 56 MGOe за NdFeB магнити през последните 20 години.

Устойчивостта в промишлените процеси напоследък се превърна в приоритет и редкоземните елементи, които бяха признати от страните като ключови суровини поради техния висок риск от доставки и икономическо значение, отвориха области за изследване на нови постоянни магнити без редкоземни елементи. Една възможна посока на изследване е да се погледне назад към най-ранните разработени постоянни магнити, феритни магнити, и да се проучат допълнително, като се използват всички нови инструменти и методи, налични през последните десетилетия. Няколко организации сега работят върху нови изследователски проекти, които се надяват да заменят редкоземните магнити с по-екологични и по-ефективни алтернативи.