هل يمكن استخدام مغناطيس كوبالت السماريوم لأكثر من عشر سنوات——ثبات كوبالت السماريوم على المدى الطويل عند درجة حرارة عالية

يعد استقرار المغناطيس على المدى الطويل مصدر قلق لكل مستخدم. يعد استقرار مغناطيس كوبالت السماريوم (SmCo) أكثر أهمية بالنسبة لبيئة التطبيق القاسية. في عام 2000، تشين^[1]وليو^[2]وآخرون، يدرسون تركيب وهيكل SmCo عالي الحرارة، ويطورون مغناطيسات ساماريوم-كوبالت مقاومة لدرجات الحرارة العالية. درجة حرارة التشغيل القصوى (T_الأعلى) تمت زيادة مغناطيس SmCo من 350 درجة مئوية إلى 550 درجة مئوية. بعد ذلك، تشن وآخرون. تحسين مقاومة الأكسدة لـ SmCo عن طريق ترسيب النيكل والألومنيوم والطلاءات الأخرى على مغناطيس SmCo.

وفي عام 2014، قام الدكتور ماو شودونج، مؤسس شركة "MagnetPower"، بدراسة منهجية لثبات SmCo في درجات الحرارة المرتفعة، وتم نشر النتائج في JAP^[3]. النتائج العامة هي كما يلي:

1. متىسمكوفي حالة ارتفاع درجة الحرارة (500 درجة مئوية، الهواء)، فمن السهل تشكيل طبقة تحلل على السطح. تتكون طبقة التحلل بشكل رئيسي من طبقة خارجية (السماريوم مستنفدة) وطبقة داخلية (الكثير من الأكاسيد). تم تدمير الهيكل الأساسي لمغناطيس SmCo بالكامل في طبقة التحلل. كما هو مبين في الشكل 1 والشكل 2.

الشكل 1. صورة مجهرية بصرية لـ Sm₂Co₁₇تمت معالجة المغناطيس متساوي الحرارة في الهواء عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لأوقات مختلفة. طبقات التحلل تحت الأسطح التي تكون (أ) متوازية و (ب) متعامدة مع المحور ج.

الشكل 2. صورة مجهرية لمرض جنون البقر وعناصر EDS لمسح الخطوط عبر Sm₂Co₁₇تمت معالجة المغناطيس متساوي الحرارة في الهواء عند 500 درجة مئوية لمدة 192 ساعة.

2. يؤثر التكوين الرئيسي لطبقة التحلل بشكل كبير على الخواص المغناطيسية لـ SmCo، كما هو موضح في الشكل 3. كانت طبقات التحلل مكونة بشكل أساسي من محلول Co(Fe) الصلب، وCoFe2O4، وSm2O3، وZrOx في الطبقات الداخلية وFe3O4، CoFe2O4 و CuO في المقاييس الخارجية. تعمل Co(Fe) وCoFe2O4 وFe3O4 كمراحل مغناطيسية ناعمة مقارنة بالمرحلة المغناطيسية الصلبة للمغناطيس المركزي Sm2Co17 غير المتأثر. ينبغي السيطرة على سلوك التدهور.

الشكل. 3. منحنيات مغنطة Sm₂Co₁₇تمت معالجة المغناطيس متساوي الحرارة في الهواء عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لأوقات مختلفة. تبلغ درجة حرارة اختبار منحنيات المغنطة 298 كلفن. ويتوازي المجال الخارجي H مع محاذاة المحور c للـ Sm₂Co₁₇مغناطيس.

3. إذا تم ترسيب الطلاءات ذات المقاومة العالية للأكسدة على SmCo لتحل محل الطلاءات الكهربائية الأصلية، فيمكن تثبيط عملية تحلل SmCo بشكل كبير ويمكن تحسين استقرار SmCo، كما هو موضح في الشكل 4. تطبيقأو طلاءتمنع بشكل كبير زيادة وزن SmCo وفقدان الخصائص المغناطيسية.

الشكل 4: هيكل مقاومة الأكسدة أو الطلاء على Sm₂Co₁₇مغناطيس.

أجرت شركة "MagnetPower" منذ ذلك الحين تجارب على الثبات على المدى الطويل (حوالي 4000 ساعة) عند درجة حرارة عالية، والتي يمكن أن توفر مرجعًا لاستقرار مغناطيس SmCo للاستخدام المستقبلي في درجات حرارة عالية.

في عام 2021، واستنادًا إلى الحد الأقصى لمتطلبات درجة حرارة التشغيل، طورت "MagnetPower" سلسلة من الدرجات من 350 درجة مئوية إلى 550 درجة مئوية （سلسلة T). يمكن أن توفر هذه الدرجات خيارات كافية لتطبيق SmCo في درجات الحرارة العالية، وتكون الخصائص المغناطيسية أكثر فائدة. كما هو موضح في الشكل 5. يرجى الرجوع إلى صفحة الويب للحصول على التفاصيل:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

الشكل 5: مغناطيس SmCo ذو درجة الحرارة العالية (سلسلة T) من "MagnetPower"

الاستنتاجات

1. باعتباره مغناطيسًا دائمًا للأتربة النادرة عالي الاستقرار، يمكن استخدام SmCo في درجة حرارة عالية (≥350 درجة مئوية) لفترة قصيرة من الزمن. يمكن تطبيق SmCo (سلسلة T) ذات درجة الحرارة العالية عند 550 درجة مئوية دون إزالة المغناطيسية بشكل لا رجعة فيه.

2. ومع ذلك، إذا تم استخدام مغناطيس SmCo في درجة حرارة عالية (≥350 درجة مئوية) لفترة طويلة، فإن السطح يكون عرضة لإنتاج طبقة تحلل. يمكن أن يضمن استخدام الطلاء المضاد للأكسدة ثبات SmCo عند درجة حرارة عالية.

مرجع

[1] تششن، معاملات IEEE على المغناطيسات، 36، 3291-3293، (2000)؛

[2] جي إف ليو، مجلة الفيزياء التطبيقية، 85، 2800-2804، (1999)؛

[3] شودونغ ماو، مجلة الفيزياء التطبيقية، 115، 043912،1-6 (2014)