Können Samarium-Kobalt-Magnete länger als zehn Jahre verwendet werden – die Langzeitstabilität von Samarium-Kobalt bei hohen Temperaturen

Die Langzeitstabilität von Magneten ist jedem Anwender ein Anliegen. Die Stabilität von Samarium-Kobalt-Magneten (SmCo) ist für ihre raue Anwendungsumgebung wichtiger. Im Jahr 2000, Chen^[1]und Liu^[2]et al. untersuchten die Zusammensetzung und Struktur von Hochtemperatur-SmCo und entwickelten hochtemperaturbeständige Samarium-Kobalt-Magnete. Die maximale Betriebstemperatur (T_max) von SmCo-Magneten wurde von 350 °C auf 550 °C erhöht. Danach haben Chen et al. verbesserte die Oxidationsbeständigkeit von SmCo durch die Abscheidung von Nickel, Aluminium und anderen Beschichtungen auf den SmCo-Magneten.

Im Jahr 2014 untersuchte Dr. Mao Shoudong, der Gründer von „MagnetPower“, systematisch die Stabilität von SmCo bei hohen Temperaturen und die Ergebnisse wurden in JAP veröffentlicht^[3]. Die allgemeinen Ergebnisse sind wie folgt:

1. WannSmCoBefindet es sich in einem Hochtemperaturzustand (500 °C, Luft), kann es leicht zur Bildung einer Abbauschicht auf der Oberfläche kommen. Die Abbauschicht besteht hauptsächlich aus einer äußeren Schicht (Samarium ist abgereichert) und einer inneren Schicht (viele Oxide). Die Grundstruktur der SmCo-Magnete wurde in der Degradationsschicht vollständig zerstört. Wie in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt.

Abb.1. Die lichtmikroskopischen Aufnahmen des Sm₂Co₁₇Magnete werden für unterschiedliche Zeiten in Luft bei 500 °C isotherm behandelt. Die Abbauschichten unter Oberflächen, die (a) parallel und (b) senkrecht zur c-Achse sind.

Abb.2. BSE-Aufnahme und EDS-Elemente-Linienscan über den Sm₂Co₁₇Magnete isotherm behandelt in Luft bei 500 °C für 192 h.

2. Die Hauptbildung der Degradationsschicht beeinflusst die magnetischen Eigenschaften von SmCo erheblich, wie in Abbildung 3 dargestellt. Die Degradationsschichten bestanden hauptsächlich aus fester Co(Fe)-Lösung, CoFe2O4, Sm2O3 und ZrOx in den inneren Schichten sowie Fe3O4. CoFe2O4 und CuO in den Außenskalen. Co(Fe), CoFe2O4 und Fe3O4 fungierten im Vergleich zur hartmagnetischen Phase der zentralen, unbeeinflussten Sm2Co17-Magnete als weichmagnetische Phasen. Das Abbauverhalten sollte kontrolliert werden.

Abb. 3. Die Magnetisierungskurven von Sm₂Co₁₇Magnete werden für unterschiedliche Zeiten in Luft bei 500 °C isotherm behandelt. Die Testtemperatur der Magnetisierungskurven beträgt 298 K. Das äußere Feld H verläuft parallel zur c-Achsenausrichtung des Sm₂Co₁₇Magnete.

3. Wenn Beschichtungen mit hoher Oxidationsbeständigkeit auf SmCo abgeschieden werden, um die ursprünglichen galvanischen Beschichtungen zu ersetzen, kann der Abbauprozess von SmCo deutlicher gehemmt und die Stabilität von SmCo verbessert werden, wie in Abbildung 4 dargestellt. Die Anwendung vonODER Beschichtunghemmen die Gewichtszunahme des SmCo und den Verlust magnetischer Eigenschaften erheblich.

Abb.4 die Struktur der Oxidationsbeständigkeits-OR-Beschichtung auf dem Sm₂Co₁₇Magnet.

„MagnetPower“ hat seitdem Experimente zur Langzeitstabilität (~4000 Stunden) bei hohen Temperaturen durchgeführt, die als Stabilitätsreferenz für SmCo-Magnete für den zukünftigen Einsatz bei hohen Temperaturen dienen können.

Basierend auf den Anforderungen an die maximale Betriebstemperatur hat „MagnetPower“ im Jahr 2021 eine Reihe von Sorten von 350 °C bis 550 °C entwickelt.T-Serie）. Diese Qualitäten bieten ausreichend Auswahlmöglichkeiten für Hochtemperatur-SmCo-Anwendungen und die magnetischen Eigenschaften sind vorteilhafter. Wie in Abbildung 5 dargestellt. Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Abb.5 Die Hochtemperatur-SmCo-Magnete (T-Serie) von „MagnetPower“

SCHLUSSFOLGERUNGEN

1. Als hochstabiler Seltenerd-Permanentmagnet kann SmCo für kurze Zeit bei hohen Temperaturen (≥350 °C) verwendet werden. Das Hochtemperatur-SmCo (T-Serie) kann bei 550 °C ohne irreversible Entmagnetisierung angewendet werden.

2. Wenn die SmCo-Magnete jedoch über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen (≥350 °C) verwendet werden, neigt die Oberfläche zur Bildung einer Degradationsschicht. Die Verwendung einer Antioxidationsbeschichtung kann die Stabilität des SmCo bei hohen Temperaturen gewährleisten.

Referenz

[1] CHChen, IEEE Transactions on Magnetics, 36, 3291-3293, (2000);

[2] JF Liu, Journal of Applied Physics, 85, 2800-2804, (1999);

[3] Shoudong Mao, Journal of Applied Physics, 115, 043912,1-6 (2014)