Motoru retzemju pastāvīgo magnētu vēsture

retzemju elementi (retzemju pastāvīgie magnēti) ir 17 metāliski elementi periodiskās tabulas vidū (atomu skaitļi 21, 39 un 57-71), kuriem ir neparastas fluorescējošas, vadošas un magnētiskas īpašības, kas padara tos nesaderīgus ar biežāk sastopamiem metāliem, piemēram, dzelzi). leģēti vai sajaukti nelielos daudzumos. Ģeoloģiski runājot, retzemju elementi nav īpaši reti sastopami. Šo metālu nogulsnes ir atrodamas daudzās pasaules daļās, un daži elementi ir sastopami aptuveni tādā pašā daudzumā kā varš vai alva. Tomēr retzemju elementi nekad nav atrasti ļoti augstā koncentrācijā un bieži tiek sajaukti viens ar otru vai ar radioaktīviem elementiem, piemēram, urānu. Retzemju elementu ķīmiskās īpašības apgrūtina atdalīšanu no apkārtējiem materiāliem, un šīs īpašības arī padara tos grūti attīrīt. Pašreizējās ražošanas metodes prasa lielu daudzumu rūdas un rada lielu daudzumu bīstamo atkritumu, lai iegūtu tikai nelielu daudzumu retzemju metālu, un atkritumus no apstrādes metodēm, tostarp radioaktīvo ūdeni, toksisko fluoru un skābes.

Agrākie atklātie pastāvīgie magnēti bija minerāli, kas nodrošināja stabilu magnētisko lauku. Līdz 19. gadsimta sākumam magnēti bija trausli, nestabili un izgatavoti no oglekļa tērauda. 1917. gadā Japāna atklāja kobalta magnētu tēraudu, kas veica uzlabojumus. Pastāvīgo magnētu veiktspēja ir turpinājusi uzlaboties kopš to atklāšanas. Alnicos (Al/Ni/Co sakausējumi) 1930. gados šī attīstība izpaudās kā maksimālais palielināto enerģijas produktu (BH)max skaits, kas ievērojami uzlaboja pastāvīgo magnētu kvalitātes koeficientu, un noteiktam magnētu tilpumam maksimālo enerģijas blīvumu var pārveidot par jaudu, ko var izmantot mašīnās, kurās izmanto magnētus.

Pirmais ferīta magnēts nejauši tika atklāts 1950. gadā fizikas laboratorijā, kas pieder Philips Industrial Research Nīderlandē. Asistents to sintezēja kļūdas dēļ - viņam bija jāsagatavo vēl viens paraugs, ko pētīt kā pusvadītāju materiālu. Tika konstatēts, ka tas patiesībā ir magnētisks, tāpēc tas tika nodots magnētisko pētījumu grupai. Pateicoties labajai magnēta veiktspējai un zemākām ražošanas izmaksām. Tādējādi tas bija Philips izstrādāts produkts, kas iezīmēja sākumu straujam pastāvīgo magnētu izmantošanas pieaugumam.

1960. gados pirmie retzemju magnēti(retzemju pastāvīgie magnēti)tika izgatavoti no lantanīda elementa itrija sakausējumiem. Tie ir spēcīgākie pastāvīgie magnēti ar augstu piesātinājuma magnetizāciju un labu izturību pret demagnetizāciju. Lai gan tie ir dārgi, trausli un neefektīvi augstā temperatūrā, tie sāk dominēt tirgū, jo to pielietojums kļūst aktuālāks. Personālo datoru īpašumtiesības kļuva plaši izplatītas 1980. gados, kas nozīmēja lielu pieprasījumu pēc pastāvīgajiem magnētiem cietajiem diskiem.

Tādi sakausējumi kā samārijs-kobalts tika izstrādāti 60. gadu vidū ar pirmās paaudzes pārejas metāliem un retzemju metāliem, un 70. gadu beigās kobalta cena krasi pieauga nestabilo piegāžu dēļ Kongo. Tajā laikā augstākais samārija-kobalta pastāvīgo magnētu (BH)max bija visaugstākais, un pētnieku aprindām šie magnēti bija jānomaina. Dažus gadus vēlāk, 1984. gadā, pastāvīgo magnētu izstrādi, pamatojoties uz Nd-Fe-B, pirmo reizi ierosināja Sagawa et al. Izmantojot pulvermetalurģijas tehnoloģiju uzņēmumā Sumitomo Special Metals, izmantojot kausējuma vērpšanas procesu no General Motors. Kā parādīts zemāk esošajā attēlā, (BH)max ir uzlabojies gandrīz gadsimta laikā, sākot no ≈1 MGOe tēraudam un sasniedzot aptuveni 56 MGOe NdFeB magnētiem pēdējo 20 gadu laikā.

Rūpniecisko procesu ilgtspējība pēdējā laikā ir kļuvusi par prioritāti, un retzemju elementi, kurus valstis ir atzinušas par galvenajām izejvielām to augstā piegādes riska un ekonomiskās nozīmes dēļ, ir pavērušas jomas jaunu, bezretzemju pastāvīgo magnētu izpētei. Viens no iespējamiem pētniecības virzieniem ir atskatīties uz agrāk izstrādātajiem pastāvīgajiem magnētiem, ferīta magnētiem, un tos turpināt pētīt, izmantojot visus pēdējos gadu desmitos pieejamos jaunos rīkus un metodes. Vairākas organizācijas tagad strādā pie jauniem pētniecības projektiem, kas cer aizstāt retzemju magnētus ar zaļākām, efektīvākām alternatīvām.