Historien om permanentmagneter för sällsynta jordartsmetaller för motorer

sällsynta jordartselement (sällsynta jordartsmetaller permanentmagneter) är 17 metalliska grundämnen i mitten av det periodiska systemet (atomnummer 21, 39 och 57-71) som har ovanliga fluorescerande, ledande och magnetiska egenskaper som gör dem oförenliga med vanligare metaller som järn) är mycket användbart när legerade eller blandade i små mängder. Geologiskt sett är sällsynta jordartsmetaller inte särskilt sällsynta. Avlagringar av dessa metaller finns i många delar av världen, och vissa grundämnen finns i ungefär samma mängd som koppar eller tenn. Men sällsynta jordartsmetaller har aldrig hittats i mycket höga koncentrationer och är ofta blandade med varandra eller med radioaktiva grundämnen som uran. De kemiska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller gör det svårt att separera från omgivande material, och dessa egenskaper gör också att de är svåra att rena. Nuvarande produktionsmetoder kräver stora mängder malm och genererar stora mängder farligt avfall för att utvinna endast små mängder sällsynta jordartsmetaller, med avfall från bearbetningsmetoder inklusive radioaktivt vatten, giftigt fluor och syror.

De tidigaste permanentmagneterna som upptäcktes var mineraler som gav ett stabilt magnetfält. Fram till tidigt 1800-tal var magneter ömtåliga, instabila och gjorda av kolstål. 1917 upptäckte Japan koboltmagnetstål, vilket gjorde förbättringar. Prestanda för permanentmagneter har fortsatt att förbättras sedan de upptäcktes. För Alnicos (Al/Ni/Co-legeringar) på 1930-talet manifesterades denna utveckling i det maximala antalet ökade energiprodukter (BH)max, vilket avsevärt förbättrade kvalitetsfaktorn för permanentmagneter, och för en given volym av magneter, maximal energitäthet kan omvandlas till effekt som kan användas i maskiner som använder magneter.

Den första ferritmagneten upptäcktes av misstag 1950 i det fysiklaboratorium som tillhör Philips Industrial Research i Nederländerna. En assistent syntetiserade det av misstag - han skulle förbereda ett annat prov för att studera som ett halvledarmaterial. Det visade sig att det faktiskt var magnetiskt, så det skickades vidare till det magnetiska forskarteamet. På grund av dess goda prestanda som magnet och lägre produktionskostnad. Som sådan var det en Philips-utvecklad produkt som markerade början på en snabb ökning av användningen av permanentmagneter.

På 1960-talet, de första sällsynta jordartsmetallmagneterna(sällsynta jordartsmetaller permanentmagneter)tillverkades av legeringar av lantanidelementet, yttrium. De är de starkaste permanentmagneterna med hög mättnadsmagnetisering och bra motstånd mot avmagnetisering. Även om de är dyra, ömtåliga och ineffektiva vid höga temperaturer, börjar de dominera marknaden i takt med att deras applikationer blir mer relevanta. Ägandet av persondatorer blev utbrett på 1980-talet, vilket innebar stor efterfrågan på permanentmagneter för hårddiskar.

Legeringar som samarium-kobolt utvecklades i mitten av 1960-talet med den första generationen övergångsmetaller och sällsynta jordartsmetaller, och i slutet av 1970-talet steg priset på kobolt kraftigt på grund av instabila försörjningar i Kongo. På den tiden var de högsta samarium-kobolt permanentmagneterna (BH)max högst och forskarvärlden var tvungen att ersätta dessa magneter. Några år senare, 1984, föreslog Sagawa et al., utvecklingen av permanentmagneter baserade på Nd-Fe-B. Använder pulvermetallurgiteknik på Sumitomo Special Metals, med hjälp av smältspinningsprocessen från General Motors. Som visas i figuren nedan har (BH)max förbättrats under nästan ett sekel, med början på ≈1 MGOe för stål och nått cirka 56 MGOe för NdFeB-magneter under de senaste 20 åren.

Hållbarhet i industriella processer har nyligen blivit en prioritet, och sällsynta jordartsmetaller, som har erkänts av länder som viktiga råvaror på grund av sin höga försörjningsrisk och ekonomiska betydelse, har öppnat områden för forskning om nya sällsynta jordartsmetaller fria permanentmagneter. En möjlig forskningsinriktning är att se tillbaka på de tidigast utvecklade permanentmagneterna, ferritmagneter, och studera dem vidare med hjälp av alla nya verktyg och metoder som finns tillgängliga under de senaste decennierna. Flera organisationer arbetar nu med nya forskningsprojekt som hoppas kunna ersätta sällsynta jordartsmagneter med grönare, effektivare alternativ.