Istorija trajnih magneta rijetkih zemalja za motore

Elementi rijetkih zemalja (trajni magneti rijetkih zemalja) su 17 metalnih elemenata u sredini periodnog sistema (atomski brojevi 21, 39 i 57-71) koji imaju neobična fluorescentna, provodljiva i magnetna svojstva koja ih čine nekompatibilnima sa uobičajenijim metalima kao što je željezo) je vrlo korisno kada legirane ili pomiješane u malim količinama. Geološki gledano, rijetki zemni elementi nisu posebno rijetki. Naslage ovih metala nalaze se u mnogim dijelovima svijeta, a neki elementi su prisutni u otprilike istoj količini kao bakar ili kalaj. Međutim, rijetki zemni elementi nikada nisu pronađeni u vrlo visokim koncentracijama i često se miješaju jedni s drugima ili s radioaktivnim elementima kao što je uran. Hemijska svojstva rijetkih zemnih elemenata otežavaju odvajanje od okolnih materijala, a ova svojstva također čine da ih je teško pročistiti. Trenutne proizvodne metode zahtijevaju velike količine rude i stvaraju velike količine opasnog otpada za ekstrakciju samo malih količina rijetkih zemnih metala, s otpadom iz metoda obrade uključujući radioaktivnu vodu, otrovni fluor i kiseline.

Najraniji otkriveni trajni magneti bili su minerali koji su davali stabilno magnetno polje. Sve do ranog 19. stoljeća magneti su bili krhki, nestabilni i napravljeni od ugljičnog čelika. Godine 1917. Japan je otkrio kobalt magnetni čelik, koji je napravio poboljšanja. Performanse trajnih magneta su nastavile da se poboljšavaju od njihovog otkrića. Za Alnicos (Al/Ni/Co legure) 1930-ih, ova evolucija se očitovala u maksimalnom broju povećanog energetskog proizvoda (BH)max, što je uvelike poboljšalo faktor kvaliteta trajnih magneta, a za datu zapreminu magneta, maksimalna gustina energije mogla bi se pretvoriti u snagu koja se može koristiti u mašinama koje koriste magnete.

Prvi feritni magnet slučajno je otkriven 1950. godine u laboratoriju za fiziku koji pripada Philips Industrial Research-u u Holandiji. Asistent ga je sintetizirao greškom - trebao je pripremiti još jedan uzorak za proučavanje kao poluprovodnički materijal. Utvrđeno je da je zapravo magnetski, pa je proslijeđen timu za istraživanje magneta. Zbog svojih dobrih performansi kao magneta i niže cijene proizvodnje. Kao takav, bio je to proizvod koji je razvio Philips koji je označio početak naglog porasta upotrebe trajnih magneta.

1960-ih, prvi magneti retkih zemalja(trajni magneti rijetkih zemalja)izrađene su od legura lantanidnog elementa, itrijuma. Oni su najjači trajni magneti sa visokom magnetizacijom zasićenja i dobrom otpornošću na demagnetizaciju. Iako su skupi, krhki i neefikasni na visokim temperaturama, počinju da dominiraju tržištem kako njihove primjene postaju sve relevantnije. Vlasništvo nad personalnim računarima postalo je široko rasprostranjeno 1980-ih, što je značilo veliku potražnju za trajnim magnetima za čvrste diskove.

Legure kao što je samarijum-kobalt razvijene su sredinom 1960-ih s prvom generacijom prelaznih metala i rijetkih zemalja, a kasnih 1970-ih cijena kobalta je značajno porasla zbog nestabilnih zaliha u Kongu. U to vrijeme, najveći samarijum-kobalt permanentni magneti (BH)max je bio najveći i istraživačka zajednica je morala zamijeniti ove magnete. Nekoliko godina kasnije, 1984. Sagawa et al. Koristeći tehnologiju metalurgije praha u Sumitomo Special Metals, koristeći proces predenja taline iz General Motorsa. Kao što je prikazano na donjoj slici, (BH)max se poboljšao tokom skoro jednog stoljeća, počevši od ≈1 MGOe za čelik i dostižući oko 56 MGOe za NdFeB magnete u posljednjih 20 godina.

Održivost u industrijskim procesima nedavno je postala prioritet, a elementi rijetkih zemalja, koje su zemlje prepoznale kao ključne sirovine zbog visokog rizika nabavke i ekonomskog značaja, otvorile su područja za istraživanje novih trajnih magneta bez rijetkih zemalja. Jedan od mogućih smjerova istraživanja je osvrnuti se na najranije razvijene trajne magnete, feritne magnete, i dalje ih proučavati koristeći sve nove alate i metode dostupne u posljednjih nekoliko desetljeća. Nekoliko organizacija sada radi na novim istraživačkim projektima koji se nadaju da će magnete retkih zemalja zamijeniti zelenijim, efikasnijim alternativama.