Povijest trajnih magneta rijetkih zemalja za motore

Elementi rijetke zemlje (trajni magneti rijetke zemlje) je 17 metalnih elemenata u sredini periodnog sustava (atomski brojevi 21, 39 i 57-71) koji imaju neobična fluorescentna, vodljiva i magnetska svojstva koja ih čine nekompatibilnima s uobičajenijim metalima kao što je željezo) vrlo je korisno kada legirani ili miješani u malim količinama. Geološki gledano, elementi rijetke zemlje nisu posebno rijetki. Naslage ovih metala nalaze se u mnogim dijelovima svijeta, a neki elementi prisutni su u približno istoj količini kao bakar ili kositar. Međutim, elementi rijetke zemlje nikada nisu pronađeni u vrlo visokim koncentracijama i često su pomiješani jedni s drugima ili s radioaktivnim elementima poput urana. Kemijska svojstva elemenata rijetke zemlje otežavaju odvajanje od okolnih materijala, a ta svojstva također čine da ih je teško pročistiti. Trenutačne proizvodne metode zahtijevaju velike količine rude i stvaraju velike količine opasnog otpada kako bi se ekstrahirale samo male količine rijetkih zemnih metala, s otpadom od metoda obrade uključujući radioaktivnu vodu, otrovni fluor i kiseline.

Najraniji otkriveni trajni magneti bili su minerali koji su stvarali stabilno magnetsko polje. Sve do početka 19. stoljeća magneti su bili krhki, nestabilni i izrađeni od ugljičnog čelika. Godine 1917. Japan je otkrio kobaltni magnetni čelik, koji je doveo do poboljšanja. Učinkovitost trajnih magneta nastavila se poboljšavati od njihova otkrića. Za Alnicos (Al/Ni/Co legure) 1930-ih, ova se evolucija očitovala u maksimalnom broju povećanog energetskog proizvoda (BH)max, što je uvelike poboljšalo faktor kvalitete trajnih magneta, a za dati volumen magneta, maksimalna gustoća energije može se pretvoriti u snagu koja se može koristiti u strojevima koji koriste magnete.

Prvi feritni magnet slučajno je otkriven 1950. godine u laboratoriju za fiziku tvrtke Philips Industrial Research u Nizozemskoj. Pomoćnik ga je greškom sintetizirao - trebao je pripremiti još jedan uzorak za proučavanje kao poluvodički materijal. Utvrđeno je da je zapravo magnetski, pa je proslijeđen timu za magnetska istraživanja. Zbog svoje dobre izvedbe kao magneta i nižih troškova proizvodnje. Kao takav, bio je to proizvod koji je razvio Philips i koji je označio početak brzog povećanja upotrebe trajnih magneta.

U 1960-ima, prvi magneti rijetke zemlje(trajni magneti rijetke zemlje)izrađeni su od legura elementa lantanida, itrija. Oni su najjači trajni magneti s visokom magnetizacijom zasićenja i dobrom otpornošću na demagnetizaciju. Iako su skupi, krhki i neučinkoviti na visokim temperaturama, počinju dominirati tržištem kako njihove primjene postaju relevantnije. Posjedovanje osobnih računala postalo je rašireno 1980-ih, što je značilo veliku potražnju za trajnim magnetima za tvrde diskove.

Legure kao što je samarij-kobalt razvijene su sredinom 1960-ih s prvom generacijom prijelaznih metala i rijetkih zemalja, au kasnim 1970-ima cijena kobalta ozbiljno je porasla zbog nestabilnih opskrba u Kongu. U to je vrijeme najviši samarij-kobalt trajni magnet (BH)max bio najveći i istraživačka je zajednica morala zamijeniti te magnete. Nekoliko godina kasnije, 1984., razvoj trajnih magneta temeljenih na Nd-Fe-B prvi su predložili Sagawa et al. Korištenje tehnologije metalurgije praha u Sumitomo Special Metals, korištenje procesa predenja taline iz General Motorsa. Kao što je prikazano na donjoj slici, (BH)max se poboljšao tijekom gotovo jednog stoljeća, počevši od ≈1 MGOe za čelik i dosegnuvši oko 56 MGOe za NdFeB magnete tijekom 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 opskrbe i ekonomske važnosti, otvorili su područja za istraživanje novih trajnih magneta bez rijetkih zemalja. Jedan mogući smjer istraživanja je osvrnuti se na najranije razvijene trajne magnete, feritne magnete, i dalje ih proučavati koristeći sve nove alate i metode dostupne u posljednjim desetljećima. Nekoliko organizacija sada radi na novim istraživačkim projektima koji se nadaju zamijeniti magnete rijetkih zemalja zelenijim, učinkovitijim alternativama.