Zgodovina redkih zemeljskih trajnih magnetov za motorje

Elementi redkih zemelj (trajni magneti redkih zemelj) je 17 kovinskih elementov na sredini periodnega sistema (atomske številke 21, 39 in 57-71), ki imajo neobičajne fluorescentne, prevodne in magnetne lastnosti, zaradi katerih niso združljivi z običajnejšimi kovinami, kot je železo), je zelo uporaben, ko legiranih ali mešanih v majhnih količinah. Geološko gledano elementi redkih zemelj niso posebej redki. Nahajališča teh kovin najdemo v mnogih delih sveta in nekateri elementi so prisotni v približno enaki količini kot baker ali kositer. Vendar redkih zemeljskih elementov nikoli niso našli v zelo visokih koncentracijah in so pogosto pomešani med seboj ali z radioaktivnimi elementi, kot je uran. Kemične lastnosti elementov redkih zemelj otežujejo ločevanje od okoliških materialov, zaradi teh lastnosti pa jih je tudi težko očistiti. Sedanje proizvodne metode zahtevajo velike količine rude in ustvarjajo velike količine nevarnih odpadkov za pridobivanje le majhnih količin redkih zemeljskih kovin, z odpadki iz predelovalnih metod, vključno z radioaktivno vodo, strupenim fluorom in kislinami.

Najzgodnejši odkriti trajni magneti so bili minerali, ki so zagotavljali stabilno magnetno polje. Do začetka 19. stoletja so bili magneti krhki, nestabilni in narejeni iz ogljikovega jekla. Leta 1917 je Japonska odkrila kobaltovo magnetno jeklo, ki je prineslo izboljšave. Delovanje trajnih magnetov se od njihovega odkritja še naprej izboljšuje. Za Alnicos (zlitine Al/Ni/Co) v tridesetih letih 20. stoletja se je ta razvoj pokazal v največjem številu povečanega energijskega produkta (BH)max, kar je močno izboljšalo faktor kakovosti trajnih magnetov, in za določeno prostornino magnetov je največjo energijsko gostoto bi lahko pretvorili v moč, ki bi jo lahko uporabili v strojih, ki uporabljajo magnete.

Prvi feritni magnet je bil po naključju odkrit leta 1950 v fizikalnem laboratoriju Philipsovega industrijskega raziskovanja na Nizozemskem. Asistent ga je sintetiziral pomotoma - pripravil naj bi še en vzorec za preučevanje kot polprevodniški material. Ugotovljeno je bilo, da je dejansko magneten, zato so ga posredovali skupini za magnetne raziskave. Zaradi dobrega delovanja kot magnet in nižjih proizvodnih stroškov. Kot tak je bil izdelek, ki ga je razvil Philips, in je zaznamoval začetek hitrega porasta uporabe trajnih magnetov.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja prvi magneti redkih zemelj(trajni magneti redkih zemelj)so bili izdelani iz zlitin lantanidnega elementa, itrija. So najmočnejši trajni magneti z visoko magnetizacijo nasičenja in dobro odpornostjo proti razmagnetenju. Čeprav so dragi, krhki in neučinkoviti pri visokih temperaturah, začenjajo prevladovati na trgu, ko postajajo njihove aplikacije pomembnejše. Lastništvo osebnih računalnikov se je razširilo v osemdesetih letih, kar je pomenilo veliko povpraševanje po trajnih magnetih za trde diske.

Zlitine, kot je samarij-kobalt, so bile razvite sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja s prvo generacijo prehodnih kovin in redkih zemelj, v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja pa je cena kobalta močno narasla zaradi nestabilnih zalog v Kongu. Takrat je bil najvišji samarij-kobalt trajni magneti (BH)max najvišji in raziskovalna skupnost je morala zamenjati te magnete. Nekaj ​​let pozneje, leta 1984, so razvoj trajnih magnetov na osnovi Nd-Fe-B prvič predlagali Sagawa et al. Z uporabo tehnologije praškaste metalurgije pri Sumitomo Special Metals, z uporabo postopka vrtenja taline iz General Motorsa. Kot je prikazano na spodnji sliki, se je (BH)max izboljšal v skoraj stoletju, začenši pri ≈1 MGOe za jeklo in dosegel približno 56 MGOe za magnete NdFeB v zadnjih 20 letih.

Trajnost v industrijskih procesih je v zadnjem času postala prednostna naloga in redki zemeljski elementi, ki so jih države prepoznale kot ključne surovine zaradi velikega tveganja dobave in gospodarskega pomena, so odprli področja za raziskave novih trajnih magnetov brez redkih zemelj. Ena od možnih raziskovalnih usmeritev je pogled nazaj na najzgodnejše razvite trajne magnete, feritne magnete, in njihovo nadaljnje preučevanje z uporabo vseh novih orodij in metod, ki so na voljo v zadnjih desetletjih. Več organizacij zdaj dela na novih raziskovalnih projektih, ki upajo, da bodo magnete redkih zemelj nadomestili z okolju prijaznejšimi in učinkovitejšimi alternativami.